JP2011035944A - Analog/digital converter - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enable constant visual observation of a scanning position on a document surface or a position just before (just after) the scanning position by receiving light in an optical path vertically inclined with respect to the document surface. <P>SOLUTION: In a drawing image input means, reflected and scattered light from a document surface 2 is received through a lens system by a one-dimensional image sensor to perform main scanning and a housing 1 covering the document surface 2 is moved by manual feeding to perform sub scanning. The drawing image input means includes: the one-dimensional image sensor which is mounted in an upper part inside the housing and set so that its light receiving plane becomes parallel with a drawing; and the lens system which is inclined with respect to a plane vertical to the document surface 2 and including a sensor column direction axis and constitutes an optical path surface orthogonal with the sensor column direction axis. Main scanning is performed in a covered-side terminal part of the housing 1. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、アナログ信号をデジタル信号に変換するAD(アナログ・デジタル)変換器に関連し、特に差動逐次比較型AD変換器に関する。   The present invention relates to an AD (analog-digital) converter that converts an analog signal into a digital signal, and more particularly to a differential successive approximation AD converter.

現在、比較的簡単な回路構成で実現され、比較的安価に製造できるCMOSプロセスとの整合性が高く、かつ中庸の変換時間と中庸の変換精度を実現できる、製品用途の広いAD変換器として、逐次比較型AD変換器が知られている。これら逐次比較型AD変換器の従来回路として、例えば、特許文献1−5および非特許文献1、2に示される回路が知られている。   At present, as an AD converter with a wide range of product applications, which is realized with a relatively simple circuit configuration, is highly compatible with a CMOS process that can be manufactured at a relatively low cost, and can achieve moderate conversion time and intermediate conversion accuracy. A successive approximation type AD converter is known. As conventional circuits of these successive approximation AD converters, for example, circuits shown in Patent Documents 1-5 and Non-Patent Documents 1 and 2 are known.

《電荷再分配型AD変換器の例1》
図19は、これらの中で代表的な、電荷再分配型AD変換器の差動容量DAC(デジタルアナログコンバータ)を示している。なお、非特許文献1に同様の回路が示されている。
<< Example 1 of charge redistribution AD converter >>
FIG. 19 shows a differential capacitance DAC (digital analog converter) of a charge redistribution type AD converter, which is typical among them. Non-patent document 1 shows a similar circuit.

図19のSW1からSW18はスイッチを、C1からC12は容量(容量のみ組合わせを容量アレイともいう)を、VINPは+側(正、正相ともいう)のアナログ入力を、VINNは−側(負、逆相ともいう)のアナログ入力を、COMP1はコンパレータを、TOP+は容量アレイの+側トッププレートを、TOP−は容量アレイの−側トッププレートを、Vrefpは+側の基準電位(5V)を、Vrefnは−側の基準電位(0V)を、R1、R2は抵抗を、BUF1はバッファアンプを、CINP、CINNはコンパレータ入力を、VCMはサンプリング時のコンパレータ入力のバイアス電位を、COUT1はコンパレータの出力を、VIC、VICBは説明のために与えた内部のノード名を、(+)側容量DACはC1からC6の容量アレイで構成されるDACを、(−)側容量DACはC7からC12の容量アレイで構成されるDACを、示す。   In FIG. 19, SW1 to SW18 are switches, C1 to C12 are capacitors (a combination of capacitors only is also referred to as a capacitor array), VINP is a positive side (also referred to as positive or positive phase) analog input, and VINN is a negative side ( COMP1 is a comparator, TOP + is a positive side top plate of the capacitive array, TOP− is a negative side top plate of the capacitive array, and Vrefp is a positive side reference potential (5V). Vrefn is a negative reference potential (0 V), R1 and R2 are resistors, BUF1 is a buffer amplifier, CINP and CINN are comparator inputs, VCM is a comparator input bias potential during sampling, and COUT1 is a comparator. VIC and VICB are internal node names given for explanation, and the (+) side capacitor DAC is C1 to C6. The DAC comprised of the capacitor array (-) side capacitance DAC is a DAC composed of a capacitor array of the C12 from the C7, shown.

C1からC12に併記されたnC(nは整数)の値はそれぞれの容量の大きさの相対関係を示し、1C、2C、4C、8C、16C、に示されるように2進に重み付けがされている。図19のC1からC12が4ビットDACを構成している。   The values of nC (n is an integer) written together from C1 to C12 indicate the relative relationship between the respective capacities, and are weighted in binary as shown in 1C, 2C, 4C, 8C, and 16C. Yes. C1 to C12 in FIG. 19 constitute a 4-bit DAC.

図19に図示されるスイッチの状態は、サンプリング時の状態を示しており、サンプリング時には、容量C1からC6に+側アナログ入力VINPの電位が充電され、容量C7からC12に−側アナログ入力VINNの電位が充電される。   The state of the switch shown in FIG. 19 indicates the state at the time of sampling. At the time of sampling, the potential of the positive side analog input VINP is charged to the capacitors C1 to C6, and the negative side analog input VINN is charged to the capacitors C7 to C12. The potential is charged.

サンプリング時には、電圧ホロワであるバッファアンプBUF1の出力は、SW17およびSW18を通じてトッププレートTOP+およびTOP−に接続される。すなわち、SW17、SW18は閉じている。また、R1、R2により、ノードVICの電位は、VINPの電位とVINNの電位の中間の電位となる。ノードVICBの電位も電圧ホロワ(BUF1)によりVICの電位と等しくなる。VINPの電位とVINNの電位を、それぞれ、VINP、VINNで表わすと、VICBの電位は(VINP+VINN)/2となる。   At the time of sampling, the output of the buffer amplifier BUF1, which is a voltage follower, is connected to the top plates TOP + and TOP− through SW17 and SW18. That is, SW17 and SW18 are closed. In addition, the potential of the node VIC becomes an intermediate potential between the potential of VINP and the potential of VINN by R1 and R2. The potential of the node VICB is also made equal to the potential of the VIC by the voltage follower (BUF1). When the potential of VINP and the potential of VINN are expressed by VINP and VINN, respectively, the potential of VICB is (VINP + VINN) / 2.

サンプリング時に、スイッチSW17、SW18が閉じているので、+側トッププレートTOP+と−側トッププレートTOP−の電位は、ともに(VINP+VINN)/2となる。   Since the switches SW17 and SW18 are closed at the time of sampling, the potentials of the + side top plate TOP + and the − side top plate TOP− are both (VINP + VINN) / 2.

このとき、コンパレータCOMP1の差動入力端子は、スイッチSW13、SW14によりともにバイアス電位VCMを供給される。すなわち、サンプリング時には、SW13、SW14はクローズ(導通)されている。また、トッププレートTOP+およびTOP−は、コンパレータCOMP1の差動入力端子とは、スイッチSW15およびSW16により遮断されている。すなわち、サンプリング時には、SW15、SW16はオープン(開放)されている。   At this time, the bias potential VCM is supplied to both the differential input terminals of the comparator COMP1 by the switches SW13 and SW14. That is, at the time of sampling, SW13 and SW14 are closed (conductive). Further, the top plates TOP + and TOP− are disconnected from the differential input terminal of the comparator COMP1 by switches SW15 and SW16. That is, at the time of sampling, SW15 and SW16 are opened (opened).

C1からC6で構成される(+)側容量DACのトッププレートTOP+に蓄えられる電荷QSAMPPは、式(1)で表わされる(C1からC6の合計容量を32Cで、表わす)。   The electric charge QSAMPP stored in the top plate TOP + of the (+) side capacitor DAC composed of C1 to C6 is expressed by the equation (1) (the total capacity of C1 to C6 is expressed by 32C).

QSAMPP=−32C(VINP−(VINP+VINN)/2);
QSAMPP=−32C(VINP−VINN)/2; 式(1)
C7からC12で構成される(−)側容量DACのトッププレートTOP−に蓄えられる電荷QSAMPNは、式(2)で表わされる。
QSAMPP = −32C (VINP− (VINP + VINN) / 2);
QSAMPP = −32C (VINP−VINN) / 2; Formula (1)
The electric charge QSAMPN stored in the top plate TOP− of the (−) side capacitor DAC constituted by C7 to C12 is expressed by Expression (2).

QSAMPN=−32C(−VINP+VINN)/2; 式(2)
つまり、サンプリング時のトッププレートTOP+、TOP−の電位を入力コモン電位(VINP+VINN)/2としておくことで、(+)側容量DAC、(−)側容量DACにサンプリングされる電荷は、その絶対値は等しく、極性は逆となる。
QSAMPN = −32C (−VINP + VINN) / 2; Formula (2)
That is, by setting the potential of the top plates TOP + and TOP− during sampling to the input common potential (VINP + VINN) / 2, the charges sampled in the (+) side capacitor DAC and the (−) side capacitor DAC are absolute values thereof. Are equal and the polarity is reversed.

サンプリング終了後、SW13、SW14、SW17、SW18を開放し、SW15、SW16を閉じる。SW1からSW12を切り替えることで、C1からC12のボトムプレート(SW1からSW12につながる電極側)の電位を、Vrefp、Vrefn、のいずれかに変化させて、サンプリングしたアナログ電位差(VINPマイナスVINN)に対応したデジタルコードを、COUT1を利用しながら比較、検索する。以下、検索の手順の例について簡単に説明する。   After sampling is completed, SW13, SW14, SW17, and SW18 are opened, and SW15 and SW16 are closed. By switching from SW1 to SW12, the potential of the bottom plate of C1 to C12 (on the electrode connected to SW1 to SW12) is changed to either Vrefp or Vrefn to correspond to the sampled analog potential difference (VINP minus VINN). The digital codes thus obtained are compared and searched using COUT1. Hereinafter, an example of a search procedure will be briefly described.

<符号ビットの決定>
まず、SW6をVrefpに、SW1からSW5をVrefnにつなぐ。C1からC5の合計容量16Cのボトムプレート電位がVrefnとなり、C6の容量16Cのボトムプレート電位がVrefpとなる。式(1)の(+)側トッププレート(TOP+)に蓄えられる電荷QSAMPPが保存されるので、このときの(+)側トッププレート(TOP+)電位Vtpは、式(3)、式(4)で与えられる。
<Determination of sign bit>
First, SW6 is connected to Vrefp, and SW1 to SW5 are connected to Vrefn. The bottom plate potential of the total capacity 16C of C1 to C5 becomes Vrefn, and the bottom plate potential of the capacity 16C of C6 becomes Vrefp. Since the charge QSAMPP stored in the (+) side top plate (TOP +) of Expression (1) is stored, the (+) side top plate (TOP +) potential Vtp at this time is expressed by Expressions (3) and (4). Given in.

−16C(Vrefp−Vtp)+16C(Vtp−Vrefn)
=−32C(VINP−VINN)/2; 式(3)
Vtp=−(VINP−VINN)/2+(Vrefp+Vrefn)/2; 式(4)
−16C (Vrefp−Vtp) + 16C (Vtp−Vrefn)
= −32C (VINP−VINN) / 2; Formula (3)
Vtp = − (VINP−VINN) / 2 + (Vrefp + Vrefn) / 2; Formula (4)

(−)側容量DACのスイッチは、(+)側容量DACのスイッチと対称に操作する。SW12をVrefnに、SW7からSW11をVrefpにつなぐ。C7からC11の合計容量16Cのボトムプレート電位がVrefpとなり、C12の容量16Cのボトムプレート電位がVrefnとなる。式(2)の(−)側トッププレート(TOP−)に蓄えられる電荷QSAMPNが保存されるので、このときの(−)側トッププレート(TOP−)電位Vtnは、式(5)、式(6)で与えられる。   The switch of the (−) side capacitor DAC is operated symmetrically with the switch of the (+) side capacitor DAC. SW12 is connected to Vrefn, and SW7 to SW11 are connected to Vrefp. The bottom plate potential of the total capacity 16C of C7 to C11 becomes Vrefp, and the bottom plate potential of the capacity 16C of C12 becomes Vrefn. Since the charge QSAMPN stored in the (−) side top plate (TOP−) of Expression (2) is stored, the (−) side top plate (TOP−) potential Vtn at this time is expressed by Expressions (5) and ( 6).

−16C(Vrefp−Vtp)+16C(Vtp−Vrefn)=32C(VINP−VINN)/2; 式(5)
Vtn=(VINP−VINN)/2+(Vrefp+Vrefn)/2; 式(6
−16C (Vrefp−Vtp) + 16C (Vtp−Vrefn) = 32C (VINP−VINN) / 2; Formula (5)
Vtn = (VINP−VINN) / 2 + (Vrefp + Vrefn) / 2;
)

つまり、VINP−VINN>0の場合、Vtp<Vtnとなり、VINPとVINNのどちらが高い電位かを判定することができる。図19の回路は、符号を含めた差動信号を扱える回路なので、この最初の比較で符号ビットを決定することができる。   That is, when VINP−VINN> 0, Vtp <Vtn, and it can be determined which of VINP and VINN is higher. Since the circuit of FIG. 19 is a circuit that can handle a differential signal including a sign, the sign bit can be determined by this first comparison.

また、このとき、(+)側トッププレートTOP+の電位Vtpと、(−)側トッププレートTOP−の電位Vtnのコモン電位は、(Vrefp+Vrefn)/2となり、リファレンス電位の中心の電位とでき、コンパレータにとって最も動作余裕を大きく設定できる。ここで、コモン電位とは、差動入力の中心電位という意味である。   At this time, the common potential of the potential Vtp of the (+) side top plate TOP + and the potential Vtn of the (−) side top plate TOP− becomes (Vrefp + Vrefn) / 2, which can be the center potential of the reference potential. Can be set with the largest operating margin. Here, the common potential means the center potential of the differential input.

<MSB(最上位ビット)の決定>
以下、説明を簡単にするために、VINP−VINN>0の場合(符号が+の場合)を考える。
<Decision of MSB (most significant bit)>
Hereinafter, in order to simplify the description, a case where VINP−VINN> 0 (a case where the sign is +) is considered.

VINP−VINN>0の場合、SW6をVrefpに、SW12をVrefnにつなぐ。(+)側容量DACのスイッチSW1からSW5は、対応するデジタルコードが1ならVrefpに、対応するデジタルコードが0ならVrefnにつながれる。(−)側容量DACのスイッチSW7からSW11は、対応するデジタルコードが1ならVrefnに、対応するデジタルコードが0ならVrefpにつながれる(VINP−VINN>0の場合、SW1はVrefnにつながれ、SW7はVrefpにつながれる)。したがって、(+)側容量DACと、(−)側容量DACとは、同一のデジタルコードに対して対称に+側基準電位Vrefpまたは−側基準電位Vrefnにそれぞれ接続されることになる。   When VINP−VINN> 0, SW6 is connected to Vrefp and SW12 is connected to Vrefn. The switches (SW1 to SW5) of the (+) side capacitor DAC are connected to Vrefp if the corresponding digital code is 1, and to Vrefn if the corresponding digital code is 0. The switches SW7 to SW11 of the (−) side capacitor DAC are connected to Vrefn if the corresponding digital code is 1, and to Vrefp if the corresponding digital code is 0 (if VINP−VINN> 0, SW1 is connected to Vrefn, SW7 Is connected to Vrefp). Therefore, the (+) side capacitor DAC and the (−) side capacitor DAC are respectively connected to the + side reference potential Vrefp or the − side reference potential Vrefn symmetrically with respect to the same digital code.

以下、(符号ビットを除く)最上位ビットの決定について説明する。SW6をVrefpに、SW1からSW4をVrefnに、SW5をVrefpにつなぐ。C1からC4の合計容量8Cのボトムプレート電位がVrefnとなり、C5、C6の合計容量24Cのボトムプレート電位がVrefpとなる。式(1)の(+)側トッププレートTOP+に蓄えられる電荷QSAMPPが保存されるので、このときの(+)側トッププレートTOP+の電位Vtpは、式(7)、式(8)で与えられる。   Hereinafter, determination of the most significant bit (excluding the sign bit) will be described. SW6 is connected to Vrefp, SW1 to SW4 are connected to Vrefn, and SW5 is connected to Vrefp. The bottom plate potential of the total capacity 8C from C1 to C4 becomes Vrefn, and the bottom plate potential of the total capacity 24C of C5 and C6 becomes Vrefp. Since the charge QSAMPP stored in the (+) side top plate TOP + of the equation (1) is stored, the potential Vtp of the (+) side top plate TOP + at this time is given by the equations (7) and (8). .

−24C(Vrefp−Vtp)+8C(Vtp−Vrefn)=−32C(VINP−VINN)/2; 式(7)
Vtp=−(VINP−VINN)/2+(Vrefp+Vrefn)/2+(Vrefp−Vrefn)/(2×2); 式(8)
−24C (Vrefp−Vtp) + 8C (Vtp−Vrefn) = − 32C (VINP−VINN) / 2; Formula (7)
Vtp = − (VINP−VINN) / 2 + (Vrefp + Vrefn) / 2 + (Vrefp−Vrefn) / (2 × 2); Formula (8)

SW12をVrefnに、SW7からSW10をVrefpに、SW11をVrefnにつなぐ(なお、SW7は、2の補数を生成する場合に、−側基準電位Vrefnに接続される)。C7からC10の合計容量8Cのボトムプレート電位がVrefpとなり、C11、C12の合計容量24Cのボトムプレート電位がVrefnとなる。式(2)の(−)側トッププレートTOP−に蓄えられる電荷QSAMPNが保存されるので、このときの(−)側トッププレートTOP−の電位Vtnは、式(9)、式(10)で与えられる。   SW12 is connected to Vrefn, SW7 to SW10 are connected to Vrefp, and SW11 is connected to Vrefn (note that SW7 is connected to the negative reference potential Vrefn when generating 2's complement). The bottom plate potential of the total capacity 8C from C7 to C10 becomes Vrefp, and the bottom plate potential of the total capacity 24C of C11 and C12 becomes Vrefn. Since the charge QSAMPN stored in the (−) side top plate TOP− of the equation (2) is stored, the potential Vtn of the (−) side top plate TOP− at this time is expressed by the equations (9) and (10). Given.

−8C(Vrefp−Vtp)+24C(Vtp−Vrefn)=32C(VINP−VINN)/2; 式(9)
Vtn=(VINP−VINN)/2+(Vrefp+Vrefn)/2−(Vrefp−Vrefn)/(2×2); 式(10)
−8C (Vrefp−Vtp) + 24C (Vtp−Vrefn) = 32C (VINP−VINN) / 2; Formula (9)
Vtn = (VINP−VINN) / 2 + (Vrefp + Vrefn) / 2− (Vrefp−Vrefn) / (2 × 2); Formula (10)

このトッププレートの電位がコンパレータの差動入力CINP、CINNになる。その差電位Vtp−Vtnを考えると、式(11)が得られる。   The potential of the top plate becomes the differential inputs CINP and CINN of the comparator. When the difference potential Vtp−Vtn is considered, Expression (11) is obtained.

Vtp−Vtn=−(VINP−VINN)+(Vrefp−Vrefn)/2;
式(11)
つまり、入力電位差VINP−VINNと、リファレンス電位差(Vrefp−Vrefn)を1/2倍した値との大小関係をコンパレータCOMP1により判定することができる。
Vtp−Vtn = − (VINP−VINN) + (Vrefp−Vrefn) / 2;
Formula (11)
In other words, the comparator COMP1 can determine the magnitude relationship between the input potential difference VINP−VINN and a value obtained by halving the reference potential difference (Vrefp−Vrefn).

<MSBの次のビット以降の処理>
以上により、MSB(Most Significant Bit)に相当するSW5、SW11に対応するデジタルコードが決定できる。次に、スイッチSW4、SW10に対応するコード(符号ビットを除いて、2番目の上位ビット)の決定について説明する。
<Process after the next bit of MSB>
Thus, digital codes corresponding to SW5 and SW11 corresponding to MSB (Most Significant Bit) can be determined. Next, determination of codes (second high-order bits excluding the sign bit) corresponding to the switches SW4 and SW10 will be described.

仮にSW5、SW11に対応するデジタルコードが0に決定し、(VINP−VINN)は(Vrefp−Vrefn)/2より小さかったとする。この場合、(VINP−VINN)と(Vrefp−Vrefn)/4とを比較し、その大小関係を調べて、(VINP−VINN)の値の範囲を狭めていく。   Assume that the digital code corresponding to SW5 and SW11 is determined to be 0, and (VINP−VINN) is smaller than (Vrefp−Vrefn) / 2. In this case, (VINP−VINN) and (Vrefp−Vrefn) / 4 are compared, the magnitude relationship is examined, and the range of the value of (VINP−VINN) is narrowed.

具体的には、(+)側容量DACにおいて符号ビットに対応するSW6をVrefpに、SW1からSW3、およびMSBに対応するSW5をVrefnに、SW4をVrefpにつなぐ。C1からC3、C5の合計容量12Cのボトムプレート電位がVrefnとなり、C4、C6の合計容量20Cのボトムプレート電位がVrefpとなる。このときの(+)側トッププレート(TOP+)電位Vtpは、式(12)、式(13)で与えられる。   Specifically, in the (+) side capacitor DAC, SW6 corresponding to the sign bit is connected to Vrefp, SW1 to SW3, and SW5 corresponding to the MSB are connected to Vrefn, and SW4 is connected to Vrefp. The bottom plate potential of the total capacity 12C of C1 to C3 and C5 becomes Vrefn, and the bottom plate potential of the total capacity 20C of C4 and C6 becomes Vrefp. The (+) side top plate (TOP +) potential Vtp at this time is given by the equations (12) and (13).

−20C(Vrefp−Vtp)+12C(Vtp−Vrefn)=−32C(VINP−VINN)/2 式(12)   −20C (Vrefp−Vtp) + 12C (Vtp−Vrefn) = − 32C (VINP−VINN) / 2 Formula (12)

Vtp=−(VINP−VINN)/2+(Vrefp+Vrefn)/2+(Vrefp−Vrefn)/(2×4) 式(13)   Vtp = − (VINP−VINN) / 2 + (Vrefp + Vrefn) / 2 + (Vrefp−Vrefn) / (2 × 4) Equation (13)

また、(−)側容量DACにおいては、(+)側容量DACと対称な接続をする。すなわち、符号ビットに対応するSW12をVrefnに、SW7からSW9、SW11をVrefpに、MSBに相当するSW10をVrefnにつなぐ。C7からC9、およびC11の合計容量12Cのボトムプレート電位がVrefpとなり、C10、C12の合計容量20Cのボトムプレート電位がVrefnとなる。このときの(−)側トッププレート(TOP−)電位Vtnは、式(14)、式(15)で与えられる。   Further, the (−) side capacitor DAC is connected symmetrically to the (+) side capacitor DAC. That is, SW12 corresponding to the sign bit is connected to Vrefn, SW7 to SW9 and SW11 are connected to Vrefp, and SW10 corresponding to the MSB is connected to Vrefn. The bottom plate potential of the total capacity 12C of C7 to C9 and C11 becomes Vrefp, and the bottom plate potential of the total capacity 20C of C10 and C12 becomes Vrefn. The (−) side top plate (TOP−) potential Vtn at this time is given by the equations (14) and (15).

−12C(Vrefp−Vtp)+20C(Vtp−Vrefn)=32C(VINP−VINN)/2; 式(14)   −12C (Vrefp−Vtp) + 20C (Vtp−Vrefn) = 32C (VINP−VINN) / 2; Formula (14)

Vtn=(VINP−VINN)/2+(Vrefp+Vrefn)/2−(Vrefp−Vrefn)/(2×4); 式(15)   Vtn = (VINP−VINN) / 2 + (Vrefp + Vrefn) / 2− (Vrefp−Vrefn) / (2 × 4); Formula (15)

このトッププレートの電位がコンパレータの差動入力CINP、CINNになる。その差電位Vtp−Vtnを考えると、式(16)が得られる。   The potential of the top plate becomes the differential inputs CINP and CINN of the comparator. When the difference potential Vtp−Vtn is considered, Expression (16) is obtained.

Vtp−Vtn=−(VINP−VINN)+(Vrefp−Vrefn)/4;
式(16)
Vtp−Vtn = − (VINP−VINN) + (Vrefp−Vrefn) / 4;
Formula (16)

このような接続により、MSB(SW5,SW11)をそれぞれデジタルコード0、MSBの次のビット(SW4,SW10)をそれぞれデジタルコード1、MSBの次のビットより下位のビットをそれぞれデジタルコード0、に対応するアナログデータを(+)側容量DAC、(−)側容量DACで生成する。これにより、入力電位差VINP−VINNと、リファレンス電位(Vrefp−Vrefn)を1/4倍した値との大小関係をコンパレータCOMP1により判定することができる。このように、SW1からSW12を操作し、C1からC12のボトムプレート電位をVrefpあるいは、Vrefnとする。これにより、VINP−VINNの電位差と、Vrefp−Vrefnを分割した電位の大小関係を判定することができ、それにより、サンプリングしたVINP−VINNの電位差の値の範囲を順次狭めていき、最終的なデジタル値を決定することができる。   With this connection, the MSB (SW5, SW11) is set to the digital code 0, the next bit of the MSB (SW4, SW10) is set to the digital code 1, respectively, and the bits lower than the next bit of the MSB are set to the digital code 0, respectively. Corresponding analog data is generated by the (+) side capacitor DAC and (−) side capacitor DAC. Thus, the comparator COMP1 can determine the magnitude relationship between the input potential difference VINP−VINN and a value obtained by multiplying the reference potential (Vrefp−Vrefn) by ¼. Thus, SW1 to SW12 are operated, and the bottom plate potential of C1 to C12 is set to Vrefp or Vrefn. As a result, the magnitude relationship between the potential difference of VINP−VINN and the potential obtained by dividing Vrefp−Vrefn can be determined, whereby the range of the potential difference value of the sampled VINP−VINN is successively narrowed down to the final. A digital value can be determined.

サンプリング時のトッププレートTOP+、TOP−の電位を入力コモン電位(VINP+VINN)/2としておくことで、(+)側容量DAC、(−)側容量DACにサンプリングされる電荷は、その絶対値は等しく、極性は逆となる。したがって、(+)側容量DACと(−)側容量DACのスイッチを対称に操作することで、それぞれの容量DAC出力を対称に動作させることができる。また、(+)側トッププレート(TOP+)電位Vtpと、(−)側トッププレート(TOP−)電位Vtnのコモン電位は、(Vrefp+Vrefn)/2となる(式(4)+式(6)、式(8)+式(10)、式(13)+式(15)参照)。すなわち、このコモン電位をリファレンス電位の中心の電位とできるので、動作余裕を最大にできる。このような回路と、その制御方法により、差動アナログ入力信号をデジタル値に変換する動作が実現されていた。   By setting the potentials of the top plates TOP + and TOP− at the time of sampling to the input common potential (VINP + VINN) / 2, the charges sampled in the (+) side capacitor DAC and (−) side capacitor DAC have the same absolute value. The polarity is reversed. Accordingly, by operating the switches of the (+) side capacitor DAC and the (−) side capacitor DAC symmetrically, the respective capacitor DAC outputs can be operated symmetrically. The common potential of the (+) side top plate (TOP +) potential Vtp and the (−) side top plate (TOP−) potential Vtn is (Vrefp + Vrefn) / 2 (formula (4) + formula (6), (Refer Formula (8) + Formula (10), Formula (13) + Formula (15)). That is, since this common potential can be the center potential of the reference potential, the operation margin can be maximized. With such a circuit and its control method, an operation for converting a differential analog input signal into a digital value has been realized.

《他の逐次比較型AD変換器の例2》
図20Aは、他の逐次比較型AD変換器の回路の概略を示している。なお、非特許文献2に同様の回路が示されている)。
<< Example 2 of another successive approximation AD converter >>
FIG. 20A shows an outline of a circuit of another successive approximation AD converter. A similar circuit is shown in Non-Patent Document 2.)

図20のSW13からSW16、S1、S2P、S2N、S3P、S3Nはスイッチを、VINPは(+)のアナログ入力を、VINNは(−)のアナログ入力を、COMP1はコンパレータを、TOP+は容量アレイの+側トッププレートを、TOP−は容量アレイの−側トッププレートを、Vrefpは+側の基準電位(例えば、5V)を、Vrefnは−側の基準電位(例えば、0V)を、CDACPは(+)側の容量DACを、CDACNは(−)側の容量DACを、CINP、CINNはコンパレータ入力を、VCMはサンプリング時のコンパレータ入力のバイアス電位を、COUT1はコンパレータの出力を、NODE1、NODE2は内部のノードを、示す。   SW13 to SW16, S1, S2P, S2N, S3P, and S3N in FIG. 20 are switches, VINP is a (+) analog input, VINN is a (−) analog input, COMP1 is a comparator, and TOP + is a capacitor array. + Side top plate, TOP− is the −side top plate of the capacitor array, Vrefp is the + side reference potential (for example, 5V), Vrefn is the −side reference potential (for example, 0V), and CDACP is (+ ) Side capacitor DAC, CDACN is the (−) side capacitor DAC, CINP and CINN are comparator inputs, VCM is the comparator input bias potential during sampling, COUT1 is the comparator output, and NODE1 and NODE2 are internal Indicates the node.

図19の従来回路では、バッファアンプBUF1と、抵抗R1、R2により、サンプリング時のトッププレート電位TOP+、TOP−の電位を、入力コモン電位((VINP+VINN)/2)としていた。   In the conventional circuit of FIG. 19, the top plate potentials TOP + and TOP− during sampling are set to the input common potential ((VINP + VINN) / 2) by the buffer amplifier BUF1 and the resistors R1 and R2.

図20の従来回路では、スイッチS1、S2P、S2N、S3P、S3Nの操作により、サンプリング時のトッププレートTOP+、TOP−の電位を、入力コモン電位((VINP+VINN)/2)とする。   In the conventional circuit of FIG. 20, the potentials of the top plates TOP + and TOP− during sampling are set to the input common potential ((VINP + VINN) / 2) by operating the switches S1, S2P, S2N, S3P, and S3N.

ここで、図20の従来回路で、サンプリング時のトッププレート電位TOP+、TOP−の電位を、入力コモン電位((VINP+VINN)/2)とする仕組みについて説明する。   Here, in the conventional circuit shown in FIG. 20, a mechanism for setting the top plate potentials TOP + and TOP− during sampling to the input common potential ((VINP + VINN) / 2) will be described.

まず、アナログ入力信号VINP、VINNのサンプリングに先立って、スイッチS3P、S3NをONする(図20B参照)。このときスイッチS2P、S2Nはオープンと
する。S3P、S3NをONすることで、CDACP、CDACNの容量の電荷が0となる。この後、S3P、S3NをOFFし、S1、S2P、S2NをONする(図20B参照)。S2P、S2NをONすることで、NODE1の電位はVINPに、NODE2の電位はVINNになる。CDACPの電荷が0、CDACNの電荷が0なので、CDACPのサンプリング容量とCDACNのサンプリング容量の値を等しくしておくと、S1をONしておくことで、TOP+、TOP−の電位は、入力コモン電位((VINP+VINN)/2)となる。
First, prior to sampling the analog input signals VINP and VINN, the switches S3P and S3N are turned on (see FIG. 20B). At this time, the switches S2P and S2N are open. By turning on S3P and S3N, the charges in the capacitances of CDACP and CDACN become zero. Thereafter, S3P and S3N are turned OFF, and S1, S2P and S2N are turned ON (see FIG. 20B). By turning on S2P and S2N, the potential of NODE1 becomes VINP and the potential of NODE2 becomes VINN. Since the charge of CDACP is 0 and the charge of CDACN is 0, if the sampling capacity of CDACP is equal to the sampling capacity of CDACN, the potentials of TOP + and TOP- The potential is ((VINP + VINN) / 2).

これにより、図19の従来回路同様、(+)側容量DAC、(−)側容量DACにサンプリングされる電荷は、その絶対値は等しく、極性は逆となる。したがって、(+)側容量DACと(−)側容量DACのスイッチを対称に操作することで、それぞれの容量DAC出力を対称に動作させることができる。また、図19の場合と同様、容量DACを操作することで(+)側トッププレートTOP+の電位Vtpと、(−)側トッププレートTOP−の電位Vtnのコモン電位は、(Vrefp+Vrefn)/2となる。したがって、このコモン電位をリファレンス電位の中心の電位とできるので、動作余裕を最大にできる。このような回路と、その制御方法により、差動アナログ入力信号をデジタル値に変換する動作が実現されていた。   Thus, as in the conventional circuit of FIG. 19, the charges sampled in the (+) side capacitor DAC and the (−) side capacitor DAC have the same absolute value and the opposite polarities. Accordingly, by operating the switches of the (+) side capacitor DAC and the (−) side capacitor DAC symmetrically, the respective capacitor DAC outputs can be operated symmetrically. Similarly to the case of FIG. 19, by operating the capacitor DAC, the common potential of the potential Vtp of the (+) side top plate TOP + and the potential Vtn of the (−) side top plate TOP− is (Vrefp + Vrefn) / 2. Become. Therefore, since this common potential can be made the center potential of the reference potential, the operation margin can be maximized. With such a circuit and its control method, an operation for converting a differential analog input signal into a digital value has been realized.

特開平6-164399号公報JP-A-6-164399 米国特許第5581252号明細書US Pat. No. 5,581,252 米国特許第4989002号明細書US Pat. No. 4,998,002 米国特許第4831381号明細書U.S. Pat. No. 4,833,381 米国特許第4803462号明細書US Pat. No. 4,803,462 特開2000−201077号公報JP 2000-201077 A 特開平11−17543号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-17543

アール ケイ ヘスター他(R. K. Hester et al.)著," Fully Differential ADC with Rail-to-Rail Common-Mode Range and Nonlinear Capacitor Compensation", IEEE Journal of Solid-State Circuits,(米国), Feb. 1990、Vol. 25, No. 1, p.173-183RK Hester et al., "Fully Differential ADC with Rail-to-Rail Common-Mode Range and Nonlinear Capacitor Compensation", IEEE Journal of Solid-State Circuits, (USA), Feb. 1990, Vol. 25, No. 1, p.173-183 ジー プロミッツアー(G. Promitzer)著," 12-bit Low-Power Fully Differential Switched Capacitor Noncalibrating Successive Approximation ADC with 1 MS/s", IEEE Journal of Solid-State Circuits, (米国), July 2001,Vol. 36, No. 7, p.1138-1143G. Promitzer, "12-bit Low-Power Fully Differential Switched Capacitor Noncalibrating Successive Approximation ADC with 1 MS / s", IEEE Journal of Solid-State Circuits, (USA), July 2001, Vol. 36, No. 7, p.1138-1143

従来から、システムLSIあるいはMixed-Signal LSIと称されるLSIに代表されるように、微細化の進展とともに、CMOSデジタル回路とCMOSアナログ回路の同一チップ上への集積化の要求は増している。微細CMOSデジタル回路の高速性に見合った性能を確保したCMOSアナログ回路をできるだけ低コスト、低消費電力で集積することが求められている。   Conventionally, as represented by an LSI called a system LSI or a mixed-signal LSI, with the progress of miniaturization, the demand for integration of a CMOS digital circuit and a CMOS analog circuit on the same chip has increased. It is required to integrate CMOS analog circuits that ensure the performance commensurate with the high speed of a fine CMOS digital circuit at as low a cost as possible and with low power consumption.

このため、上述のように、従来技術により、小面積かつ中庸の変換時間と中庸の変換精度を実現する差動逐次比較型AD変換器が実現されているが、差動逐次比較型AD変換器の一層の低コスト化、低消費電力化、高速化が求められている。   For this reason, as described above, the differential successive approximation type AD converter that realizes a small area, medium conversion time, and medium conversion accuracy is realized by the conventional technique. Therefore, further cost reduction, lower power consumption, and higher speed are required.

しかし、図19に示される従来技術(例えば、非特許文献1)では、サンプリング時のトッププレート電位TOP+、TOP−の電位を入力コモン電位(VINP+VINN)/2とするために、VINPとVINNのコモン電位を発生する抵抗R1、R2とR1、R2で発生したコモン電位をトッププレートに供給するためのバッファアンプBUF1が必要となっていた。R1、R2の値を大きくして入力回路中の電流を小さくする(感度を高くする)一方、トッププレートに供給する電流を大きくする必要があるからである。   However, in the conventional technique shown in FIG. 19 (for example, Non-Patent Document 1), in order to set the top plate potentials TOP + and TOP− during sampling to the input common potential (VINP + VINN) / 2, the common of VINP and VINN is used. The buffer amplifier BUF1 for supplying the common potential generated by the resistors R1, R2 and R1, R2 for generating the potential to the top plate is necessary. This is because it is necessary to increase the current supplied to the top plate while increasing the values of R1 and R2 to decrease the current in the input circuit (increase the sensitivity).

このため、バッファアンプBUF1での消費電力が必要となり、低電力化が困難となる問題があった。   For this reason, power consumption in the buffer amplifier BUF1 is required, and there is a problem that it is difficult to reduce power consumption.

一方、図20に示される従来技術(非特許文献2)では、図19のようにバッファアンプを使用しないので、消費電力の増大の問題はない。しかしながら、電源電圧範囲の限界十分に近い範囲でのアナログ入力信号を変換する性能(入力範囲特性)は達成されていなかった。   On the other hand, the prior art (Non-Patent Document 2) shown in FIG. 20 does not use a buffer amplifier as shown in FIG. However, the performance (input range characteristics) for converting an analog input signal in a range sufficiently close to the limit of the power supply voltage range has not been achieved.

本発明の目的は、小面積低電力で動作し、かつ、電源電圧範囲(rail-to-rail範囲)の限界に十分に近いアナログ入力信号を変換できるAD変換器を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an AD converter that operates with a small area and low power and can convert an analog input signal sufficiently close to the limit of a power supply voltage range (rail-to-rail range).

本発明は前記課題を解決するために、以下の手段を採用した。すなわち、本発明は、
第1アナログ信号が入力される第1アナログ端子と、第1アナログ端子に第1アナログ信号を入力する第1入力スイッチと、第2アナログ信号が入力される第2アナログ端子と、第2アナログ端子に第2アナログ信号を入力する第2入力スイッチと、第1基準電圧の供給を受ける第1基準電圧接続端子と、第2基準電圧の供給を受ける第2基準電圧接続端子と、第1アナログ端子から第1アナログ信号のサンプルデータを取り込んで保持するとともに第1アナログ信号の比較の対象となる第1比較信号を生成する第1デジタルアナログ変換器と、第2アナログ端子から第2アナログ信号のサンプルデータを取り込んで保持するとともに第2アナログ信号の比較の対象となる第2比較信号を生成する第2デジタルアナログ変換器と、第1デジタルアナログ変換器の出力側と第2デジタルアナログ変換器の出力側を開放または導通する第1スイッチと、第1アナログ信号および第2アナログ信号の差分値と第1デジタルアナログ変換器の出力信号および第2デジタルアナログ変換器の出力信号の差分値とを比較する比較器と、を備えるアナログデジタル変換回路である。
The present invention employs the following means in order to solve the above problems. That is, the present invention
A first analog terminal to which the first analog signal is input; a first input switch for inputting the first analog signal to the first analog terminal; a second analog terminal to which the second analog signal is input; and a second analog terminal. A second input switch for inputting a second analog signal, a first reference voltage connection terminal for receiving a first reference voltage, a second reference voltage connection terminal for receiving a second reference voltage, and a first analog terminal A first analog-to-analog converter that captures and holds sample data of the first analog signal from and generates a first comparison signal to be compared with the first analog signal, and a sample of the second analog signal from the second analog terminal A second digital-analog converter that captures and holds data and generates a second comparison signal to be compared with the second analog signal; and a first digital A first switch that opens or conducts an output side of the analog converter and an output side of the second digital analog converter; a difference value between the first analog signal and the second analog signal; an output signal of the first digital analog converter; And a comparator that compares a difference value between output signals of the two digital-to-analog converters.

さらに、第1デジタルアナログ変換器は、第1の複数の容量素子と第1の複数の容量素子のそれぞれの入力側端子を第1アナログ端子、第1基準電圧端子、および第2基準電圧端子のいずれかに接続する複数の第1スイッチ群と第1の複数の容量素子のそれぞれの入力側端子に対向する出力側端子を接続する第1共通端子と、を有する。   Further, the first digital-analog converter has input terminals of the first plurality of capacitance elements and the first plurality of capacitance elements as the first analog terminal, the first reference voltage terminal, and the second reference voltage terminal, respectively. A plurality of first switch groups connected to any one of the first plurality of capacitive elements, and a first common terminal that connects an output side terminal facing each input side terminal of the first plurality of capacitive elements.

また、第2デジタルアナログ変換器は、第2の複数の容量素子と第2の複数の容量素子のそれぞれの入力側端子を第2アナログ端子、第1基準電圧端子、および第2基準電圧端子のいずれかに接続する複数の第2スイッチ群と第2の複数の容量素子のそれぞれの入力側端子に対向する出力側端子を接続する第2共通端子と、を有する。   Further, the second digital-analog converter has input terminals of the second plurality of capacitive elements and the second plurality of capacitive elements respectively connected to the second analog terminal, the first reference voltage terminal, and the second reference voltage terminal. A plurality of second switch groups connected to any one of the plurality of second switch groups, and a second common terminal connecting the output side terminals facing the respective input side terminals of the second plurality of capacitive elements.

そして、第1の複数の容量素子は、第1の複数の容量素子全体の容量の1/2に相当する容量の第1容量素子を含み、第1アナログ信号のサンプルデータの取り込みが完了した後には、第1容量素子以外の容量素子の入力側端子には比較器の比較の結果に基づいて第1基準電圧端子、および第2基準電圧端子のいずれかが接続され、第1容量素子の入力側端子には比較器の比較の結果に拘わらず第1基準電圧端子が接続され、
第2の複数の容量素子は、第2の複数の容量素子全体の容量の1/2に相当する容量の第2容量素子を含み、第2アナログ信号のサンプルデータの取り込みが完了した後には、
第2容量素子以外の容量素子の入力側端子には比較器の比較の結果に基づいて第1基準電圧端子、および第2基準電圧端子のいずれかが接続され、第2容量素子の入力側端子には比較器の比較の結果に拘わらず第2基準電圧端子が接続される。
The first plurality of capacitive elements includes a first capacitive element having a capacity corresponding to ½ of the total capacity of the first plurality of capacitive elements, and after the sampling of the sample data of the first analog signal is completed. The input terminal of the capacitive element other than the first capacitive element is connected to either the first reference voltage terminal or the second reference voltage terminal based on the comparison result of the comparator, and the input of the first capacitive element The first reference voltage terminal is connected to the side terminal regardless of the comparison result of the comparator,
The second plurality of capacitive elements includes a second capacitive element having a capacity corresponding to ½ of the overall capacity of the second plurality of capacitive elements, and after the sample data acquisition of the second analog signal is completed,
One of the first reference voltage terminal and the second reference voltage terminal is connected to the input side terminal of the capacitive element other than the second capacitive element based on the comparison result of the comparator, and the input side terminal of the second capacitive element Is connected to the second reference voltage terminal regardless of the result of comparison by the comparator.

本発明によれば、小面積低電力で動作し、かつ、電源電圧範囲の限界に十分に近いアナログ入力信号を変換できるアナログデジタル変換器を提供できる。   According to the present invention, it is possible to provide an analog-to-digital converter that operates with a small area and low power and can convert an analog input signal sufficiently close to the limit of the power supply voltage range.

本発明の第1実施形態に係るAD変換器を示す回路図である。It is a circuit diagram showing an AD converter concerning a 1st embodiment of the present invention. 図1のAD変換器の制御タイミングを示す図である。It is a figure which shows the control timing of the AD converter of FIG. スイッチの構成を例示する図である。It is a figure which illustrates the composition of a switch. 本発明の第2実施形態に係るAD変換器を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the AD converter which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係るAD変換器を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the AD converter which concerns on 3rd Embodiment of this invention. AD変換器に含まれる抵抗DACの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of resistance DAC contained in AD converter. 本発明の第4実施形態に係るAD変換器を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the AD converter which concerns on 4th Embodiment of this invention. AD変換器に含まれる抵抗DACの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of resistance DAC contained in AD converter. 本発明の各実施形態に係るAD変換器に適用可能なコンパレータを示す図である。It is a figure which shows the comparator applicable to the AD converter which concerns on each embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態に係る逐次比較型AD変換回路のブロック図である。It is a block diagram of the successive approximation type AD converter circuit concerning a 5th embodiment of the present invention. 動作タイミング例を示す図である。It is a figure which shows the example of operation timing. 回路シミュレーション結果例(その1)である。It is a circuit simulation result example (the 1). 回路シミュレーション結果例(その1)である。It is a circuit simulation result example (the 1). 回路シミュレーション結果例(その1)である。It is a circuit simulation result example (the 1). 図12Aにおいてサンプリングからコンペアに移行する時点の時間を拡大した拡大図である。It is the enlarged view which expanded the time at the time of transfering from sampling to a comparison in FIG. 12A. 回路シミュレーション結果例(その2)である。It is a circuit simulation result example (the 2). 回路シミュレーション結果例(その2)である。It is a circuit simulation result example (the 2). 回路シミュレーション結果例(その2)である。It is a circuit simulation result example (the 2). 回路シミュレーション結果例(その3)である。It is a circuit simulation result example (the 3). 回路シミュレーション結果例(その3)である。It is a circuit simulation result example (the 3). 回路シミュレーション結果例(その3)である。It is a circuit simulation result example (the 3). 本発明の第6実施形態に係るAD変換器を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the AD converter which concerns on 6th Embodiment of this invention. 本発明の第7実施形態に係るAD変換器を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the AD converter which concerns on 7th Embodiment of this invention. 本発明の第8実施形態に係るAD変換器を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the AD converter which concerns on 8th Embodiment of this invention. 本発明の第8実施形態に係るAD変換器を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the AD converter which concerns on 8th Embodiment of this invention. 従来の電荷再分配型AD変換器を示す図である。It is a figure which shows the conventional charge redistribution type AD converter. 従来の逐次比較型AD変換器の回路を示す図である。It is a figure which shows the circuit of the conventional successive approximation type AD converter. 従来の逐次比較型AD変換器の制御タイミング示す図である。It is a figure which shows the control timing of the conventional successive approximation type AD converter. AD変換器の問題点を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the problem of AD converter.

以下、図面を参照して、一実施の形態(以下、実施形態という)に係るAD(アナログデジタル)変換器について説明する。以下の実施形態の構成は例示であり、本発明は実施形態の構成に限定されない。   Hereinafter, an AD (analog-digital) converter according to an embodiment (hereinafter referred to as an embodiment) will be described with reference to the drawings. The configuration of the following embodiment is an exemplification, and the present invention is not limited to the configuration of the embodiment.

図21は、図20のAD変換器の問題点を説明するための図である。図21のSW13からSW16、S1はスイッチを、VINPは(+)のアナログ入力を、VINNは(−)のアナログ入力を、COMP1はコンパレータを、TOP+は容量アレイの+側トップ
プレートを、TOP−は容量アレイの−側トッププレートを、Vrefpは+側の基準電位(例えば、5V)を、Vrefnは−側の基準電位(例えば、0V)を、CDACPは(+)側の容量DACを、CDACNは(−)側の容量DACを、CINP、CINNはコンパレータ入力を、VCMはサンプリング時のコンパレータ入力のバイアス電位を、COUT1はコンパレータの出力を、PM1からPM4はPMOSトランジスタを、NM1からNM4はNMOSトランジスタを、CS2P、CS3PはPMOSトランジスタの制御信号を、CS2N、CS3NはNMOSトランジスタの制御信号を、NODE1、NODE2は内部のノードを、示す。
FIG. 21 is a diagram for explaining problems of the AD converter of FIG. In FIG. 21, SW13 to SW16, S1 are switches, VINP is a (+) analog input, VINN is a (−) analog input, COMP1 is a comparator, TOP + is a + side top plate of the capacitor array, TOP− Is the negative side top plate of the capacitor array, Vrefp is the positive side reference potential (for example, 5V), Vrefn is the negative side reference potential (for example, 0V), CDACP is the positive side capacitor DAC, CDACN (−) Side capacitance DAC, CINP and CINN are comparator inputs, VCM is a comparator input bias potential during sampling, COUT1 is a comparator output, PM1 to PM4 are PMOS transistors, and NM1 to NM4 are NMOS Transistors, CS2P, CS3P are PMOS transistor control signals, S2N, CS3N is a control signal of the NMOS transistor, NODE1, NODE2 are internal nodes, shown.

図21は、図20の回路の問題を説明しやすいように、図20のスイッチ、S2P、S2N、S3P、S3Nをトランジスタレベルの回路図として示している。   FIG. 21 shows the switches, S2P, S2N, S3P, and S3N of FIG. 20 as transistor level circuit diagrams so that the problem of the circuit of FIG. 20 can be easily explained.

まず、アナログ入力信号VINP、VINNのサンプリングに先立って、PM2、NM2、PM3、NM3をONする(例えば、CS3Pを0V、CS3Nを5Vとする)。このとき、PM1、NM1、PM4、NM4はOFFとする(CS2Pは5V、CS2Nは0Vとする。)。この後、PM2、NM2、PM3、NM3をOFFする(例えば、CS3Pを5V、CS3Nを0とする)。また、PM1、NM1、PM4、NM4、S1をONする(例えば、CS2Pは0V、CS2Nは5Vとする)。これにより、TOP+、TOP−の電位は、入力コモン電位((VINP+VINN)/2)となり、(+)側容量DACのボトムプレートNODE1の電位はVINPに、(−)側容量DACのボトムプレートNODE2の電位はVINNとなり、図19の従来回路と同じ電荷が、(+)側容量DACのサンプリング容量、(−)側容量DACのサンプリング容量に蓄えられる。   First, prior to sampling of the analog input signals VINP and VINN, PM2, NM2, PM3, and NM3 are turned ON (for example, CS3P is set to 0V and CS3N is set to 5V). At this time, PM1, NM1, PM4, and NM4 are turned off (CS2P is set to 5V and CS2N is set to 0V). Thereafter, PM2, NM2, PM3, and NM3 are turned off (for example, CS3P is set to 5V and CS3N is set to 0). Also, PM1, NM1, PM4, NM4, and S1 are turned ON (for example, CS2P is set to 0V and CS2N is set to 5V). Thus, the potentials of TOP + and TOP− become the input common potential ((VINP + VINN) / 2), the potential of the bottom plate NODE1 of the (+) side capacitor DAC becomes VINP, and the potential of the bottom plate NODE2 of the (−) side capacitor DAC. The potential is VINN, and the same charge as that of the conventional circuit of FIG. 19 is stored in the sampling capacitor of the (+) side capacitor DAC and the sampling capacitor of the (−) side capacitor DAC.

このサンプリングの終了後、スイッチS1をOFFし、また、PM1、NM1、PM4、NM4をOFFして、(+)側容量DACのそれぞれのボトムプレートの電位、(−)側容量DACのそれぞれのボトムプレートの電位を操作して、コンパレータによる比較動作に移る。   After this sampling is completed, the switch S1 is turned OFF, and PM1, NM1, PM4, and NM4 are turned OFF, and the potential of each bottom plate of the (+) side capacitor DAC and each bottom of the (−) side capacitor DAC. Manipulate the potential of the plate and move on to the comparator operation.

PM1、NM1、PM4、NM4をOFFするために、制御信号、CS2PはLからHに(0Vから5Vに)変化する。また、制御信号CS2NはHからLに(5Vから0Vに)変化する。   In order to turn off PM1, NM1, PM4, and NM4, the control signal CS2P changes from L to H (from 0V to 5V). Further, the control signal CS2N changes from H to L (from 5V to 0V).

このとき、例えば、電源電圧、リファレンス電圧がともに5Vであったと仮定し、VINPの電位が5V、VINNの電位が0Vの場合を考える。つまり、電源電圧、リファレンス電圧と、変換しようとしているアナログ入力信号が略等しい場合を考える。   At this time, for example, it is assumed that the power supply voltage and the reference voltage are both 5V, and the case where the potential of VINP is 5V and the potential of VINN is 0V is considered. That is, consider a case where the power supply voltage and the reference voltage are substantially equal to the analog input signal to be converted.

VINPの電位が5V、NODE1の電位が5V、CS2Pの電位が0V、CS2Nの電位が5Vのとき、NM1は反転していないので、そのゲートとドレイン、ソース間の容量はオーバーラップ容量程度の小さな値となっている。NMOSトランジスタNM1の場合、ゲート電位は5Vとなるが、同時にソース、ドレインの電位も5Vとなる。MOSトランジスタが反転するためには、ゲート、ソース間電圧がしきい電圧Vth(例えば0.7V)を超える必要があるので、ソース、ドレインの電位が5VとなっているNM1では、反転層は形成されない。このため、ゲート酸化膜容量は、ゲートとソース(あるいはドレイン)との間には実効的に接続されないことになる。   When the potential of VINP is 5V, the potential of NODE1 is 5V, the potential of CS2P is 0V, and the potential of CS2N is 5V, NM1 is not inverted, so the capacitance between its gate, drain and source is as small as the overlap capacitance. It is a value. In the case of the NMOS transistor NM1, the gate potential is 5V, but the source and drain potentials are also 5V. In order for the MOS transistor to invert, the gate-source voltage needs to exceed the threshold voltage Vth (for example, 0.7 V). Therefore, in NM1 where the source and drain potentials are 5 V, the inversion layer is formed. Not. For this reason, the gate oxide film capacitance is not effectively connected between the gate and the source (or drain).

一方、PM1は反転層が形成されているので、ゲートと、ドレイン、ソースの間には、ゲート酸化膜の容量が存在する。すなわち、PMOSトランジスタPM1の場合には、ゲート電位が0Vとなり、また、ソースおよびドレインはともに5Vであるため、ゲート、ソース間電圧はしきい電圧Vthより大きく、チャネルが形成される。したがって、ゲート酸化膜による容量がゲートとソース(あるいはドレイン)の間に接続されることになる
On the other hand, since PM1 has an inversion layer, a gate oxide film capacitance exists between the gate, the drain, and the source. That is, in the case of the PMOS transistor PM1, since the gate potential is 0V and the source and drain are both 5V, the gate-source voltage is larger than the threshold voltage Vth, and a channel is formed. Therefore, the capacitance due to the gate oxide film is connected between the gate and the source (or drain).

この状態で、CS2Pの電位が0Vから5Vに、CS2Nの電位が5Vから0Vに変化すると、PM1のゲート容量を介して、NODE1の電位が上昇する(図21の波形図にその様子を示した)。このとき、PM1およびNM1がともにオフになるので、上昇したNODE1の電位は維持されることになる。   In this state, when the potential of CS2P changes from 0V to 5V and the potential of CS2N changes from 5V to 0V, the potential of NODE1 rises via the gate capacitance of PM1 (this is shown in the waveform diagram of FIG. 21). ). At this time, since both PM1 and NM1 are turned off, the increased potential of NODE1 is maintained.

同様に、VINNの電位が0V、NODE2の電位が0V、CS2Pの電位が0V、CS2Nの電位が5Vのとき、PM4は反転していないので、そのゲートとドレイン、ソース間の容量はオーバーラップ容量程度の小さな値となっている。一方、NM4は反転層が形成されているので、ゲートと、ドレイン、ソースの間には、ゲート酸化膜の容量が存在する。   Similarly, when the potential of VINN is 0V, the potential of NODE2 is 0V, the potential of CS2P is 0V, and the potential of CS2N is 5V, PM4 is not inverted, so the capacitance between its gate, drain and source is an overlap capacitance The value is small. On the other hand, since an inversion layer is formed in NM4, a gate oxide film capacitance exists between the gate, the drain, and the source.

CS2Pの電位が0Vから5Vに、CS2Nの電位が5Vから0Vに変化すると、NM4のゲート容量を介して、NODE2の電位は低くなる(図21の波形図にその様子を示した)。このとき、PM4およびNM4がともにオフになるので、低下したNODE2の電位は維持されることになる。   When the potential of CS2P changes from 0V to 5V and the potential of CS2N changes from 5V to 0V, the potential of NODE2 becomes low via the gate capacitance of NM4 (this is shown in the waveform diagram of FIG. 21). At this time, since both PM4 and NM4 are turned off, the lowered potential of NODE2 is maintained.

つまり、サンプリングの終了時に、PM1、NM4のゲート容量を介して、NODE1の電位は電源電圧5Vを超えて上昇し、NODE2の電位は、電源電圧0Vより低い電位となって維持される場合がある。   That is, at the end of sampling, the potential of NODE1 rises above the power supply voltage 5V through the gate capacities of PM1 and NM4, and the potential of NODE2 may be maintained at a potential lower than the power supply voltage 0V. .

サンプリングの終了後、スイッチS1をOFFし、(+)側容量DACのそれぞれのボトムプレートの電位、(−)側容量DACのそれぞれのボトムプレートの電位を操作して、コンパレータによる比較動作に移る。このとき、NODE1の電位が電源電圧5Vより高い電位となっていると、PM2のゲート電位を5Vとして、PM2をOFFさせようとしても、PM2のソース電位はすなわちNODE1の電位なので、NODE1の電位が電源電圧5Vを超えて上昇した電位分、PM2のゲート、ソース間に電圧が加わる。このため、PM2を介して、NODE1から、TOP+にわずかに電流が流れる。これは、TOP+に蓄えた電荷を変化させることになり、正しい変換結果を得られない原因となる。   After the sampling is completed, the switch S1 is turned OFF, the potential of each bottom plate of the (+) side capacitor DAC and the potential of each bottom plate of the (−) side capacitor DAC are operated, and the comparison operation by the comparator is started. At this time, if the potential of NODE1 is higher than the power supply voltage 5V, even if the gate potential of PM2 is set to 5V and PM2 is turned off, the source potential of PM2 is the potential of NODE1, so the potential of NODE1 is A voltage is applied between the gate and source of PM2 by the amount of the potential that has risen beyond the power supply voltage of 5V. For this reason, a slight current flows from NODE1 to TOP + via PM2. This changes the charge stored in TOP +, which causes a failure to obtain a correct conversion result.

同様に、NODE2の電位が電源電圧0Vより低い電位となっていると、NM3のゲート電位を0VとしてNM3をOFFさせようとしても、NM3のソース電位はNODE2の電位なので、NODE2の電位が0Vより低い電位となった分、NM3のゲート、ソース間に電圧が加わり、NM3を介して、TOP−からNODE2にわずかに電流が流れる。これはTOP−に蓄えた電荷を変化させることになり、正しい変換結果が得られなくなる。   Similarly, when the potential of NODE2 is lower than the power supply voltage 0V, even if the gate potential of NM3 is set to 0V and NM3 is turned off, the source potential of NM3 is the potential of NODE2, so the potential of NODE2 is lower than 0V. A voltage is applied between the gate and source of NM3 by the amount of the lower potential, and a slight current flows from TOP− to NODE2 via NM3. This changes the charge stored in TOP−, and a correct conversion result cannot be obtained.

図21の回路ではこの問題を回避するためには、アナログ入力電位VINPの最大値を電源電圧より低い電位とし、VINNの最低の電位を0Vより高い電位とし、NODE1、NODE2の電位が、カップリングにより変化しても、電源電圧範囲を超えないようにする必要があった。このため、図21の回路構成では、電源電圧範囲(rail-to-rail範囲)のアナログ入力信号を変換する性能を実現できなかった。   In the circuit of FIG. 21, in order to avoid this problem, the maximum value of the analog input potential VINP is set to a potential lower than the power supply voltage, the minimum potential of VINN is set to a potential higher than 0 V, and the potentials of NODE1 and NODE2 are coupled. It was necessary to ensure that the power supply voltage range was not exceeded even if it changed due to the above. For this reason, the circuit configuration of FIG. 21 cannot realize the performance of converting the analog input signal in the power supply voltage range (rail-to-rail range).

本実施形態では、第1の特徴として、図19の従来回路で必要となるバッファアンプを必要としない低消費電力化が可能な差動逐次比較AD変換器を例示する。また、図21の回路では、達成されていない電源電圧範囲(rail-to-rail範囲)のアナログ入力信号を変換できる差動逐次比較型AD変換器を例示する。つまり、バッファアンプを必要としない低消費電力特性と、電源電圧範囲(rail-to-rail範囲)のアナログ入力信を変換する特性を両立する回路を例示する。   In the present embodiment, as a first feature, a differential successive approximation AD converter capable of reducing power consumption without requiring a buffer amplifier required in the conventional circuit of FIG. 19 is illustrated. The circuit of FIG. 21 illustrates a differential successive approximation AD converter that can convert an analog input signal in a power supply voltage range (rail-to-rail range) that has not been achieved. That is, a circuit that achieves both a low power consumption characteristic that does not require a buffer amplifier and a characteristic that converts an analog input signal in a power supply voltage range (rail-to-rail range) is illustrated.

また、図19の従来回路では、アナログ入力信号を変換したデジタル値は、2の補数表現となるが、符号判定のサイクル分変換時間が大きくなる問題がある。本実施形態では、第2の特徴として、(+)側のアナログ入力信号と(−)側のアナログ入力信号の大小関係が予測できるような場合に、あらかじめ、符号を仮定して、アナログ信号をデジタル値に変換する回路を例示する。   In the conventional circuit of FIG. 19, the digital value obtained by converting the analog input signal is expressed in two's complement, but there is a problem that the conversion time is increased by the cycle of the code determination. In the present embodiment, as a second feature, when the magnitude relationship between the (+) side analog input signal and the (−) side analog input signal can be predicted, the analog signal is assumed in advance by assuming a sign. The circuit which converts into a digital value is illustrated.

さらに本実施形態では、上記、第2の特徴を達成する、符号を仮定しアナログ信号をデジタル値に変換する回路を使用するため、必要な場合には、符号も含めてアナログ信号をデジタル値に変換する回路を例示する。   Furthermore, in this embodiment, since the circuit that converts the analog signal into a digital value assuming the sign and achieving the second feature is used, if necessary, the analog signal including the sign is converted into a digital value. The circuit to convert is illustrated.

上記の第1の特徴を達成するために、本実施形態(図1)では、差動容量DACの(+)側容量DACのトッププレートTOP+とボトムプレート(C1からC6のスイッチにつながる端子)の電位を等しくし、(+)側容量DACのサンプリング容量を放電するスイッチ(図1、S3P)を設ける。また、(−)側容量DACのトッププレートTOP−とボトムプレート(C7からC12のスイッチにつながる端子)の電位を等しくし、(−)側容量DACのサンプリング容量を放電するスイッチ(図1、S3N)を設ける。   In order to achieve the first feature described above, in this embodiment (FIG. 1), the top plate TOP + and the bottom plate (terminals connected to the switches C1 to C6) of the (+) side capacitor DAC of the differential capacitor DAC are provided. A switch (FIG. 1, S3P) is provided that equalizes the potential and discharges the sampling capacitor of the (+) side capacitor DAC. Further, the switch (FIG. 1, S3N) discharges the sampling capacitor of the (−) side capacitor DAC by equalizing the potentials of the top plate TOP− and the bottom plate (terminal connected to the switches C7 to C12) of the (−) side capacitor DAC. ).

さらに、本実施形態では、サンプリング容量の放電用のスイッチS3P、S3NがONしているときに、(+)側アナログ入力信号VINP、(−)側アナログ入力信号VINNと容量DACのボトムプレートを切り離すスイッチS2P、S2Nを設ける。さらに、アナログ入力信号のサンプリング時に(+)側トッププレートTOP+の電位と、(−)側トッププレートTOP−の電位を等しくするためのスイッチS1を設ける。   Furthermore, in this embodiment, when the switches S3P and S3N for discharging the sampling capacitor are ON, the (+) side analog input signal VINP, the (−) side analog input signal VINN, and the bottom plate of the capacitor DAC are disconnected. Switches S2P and S2N are provided. Further, a switch S1 is provided for equalizing the potential of the (+) side top plate TOP + and the potential of the (−) side top plate TOP− when sampling the analog input signal.

そして、サンプリング終了時に、ボトムプレートに、アナログ入力信号VINP、VINNを供給するスイッチS2P、S2NをOFFする。このとき、内部のノードNODE1、NODE2の電位が電源電圧範囲を超えないように、NODE1、NODE2の電位をイコライズするスイッチS4を設ける。   At the end of sampling, the switches S2P and S2N that supply the analog input signals VINP and VINN to the bottom plate are turned off. At this time, a switch S4 for equalizing the potentials of NODE1 and NODE2 is provided so that the potentials of the internal nodes NODE1 and NODE2 do not exceed the power supply voltage range.

また、上記の第2の特徴を達成するために、本実施形態(図1)では、(+)側容量DACの合計のサンプリング容量の1/2の大きさを持つ容量C6のボトムプレートの電位を、コンパレータでの比較開始と同時に、+の基準電圧Vrefpとする。残りの2進に重み付けされた容量のボトムプレートは、対応するDAC入力が1なら+の基準電圧Vrefpに、対応するDAC入力が0なら−の基準電圧Vrefnにつなぐ。また、比較期間にわたって、コンパレータCOMP1での比較結果によらず、符号ビットに相当する容量C6のボトムプレートの電位は、+の基準電圧Vrefpとする。   In order to achieve the second feature described above, in the present embodiment (FIG. 1), the potential of the bottom plate of the capacitor C6 having a half of the total sampling capacity of the (+) side capacitor DAC. Are set to the + reference voltage Vrefp simultaneously with the start of comparison by the comparator. The remaining binary weighted capacitance bottom plate is connected to a positive reference voltage Vrefp if the corresponding DAC input is 1, and to a negative reference voltage Vrefn if the corresponding DAC input is 0. Further, over the comparison period, the potential of the bottom plate of the capacitor C6 corresponding to the sign bit is set to the + reference voltage Vrefp regardless of the comparison result in the comparator COMP1.

さらに、(−)側容量DACの合計のサンプリング容量の1/2の大きさを持つ容量C12(符号ビットに対応)のボトムプレートの電位を、コンパレータでの比較開始と同時に、−の基準電圧Vrefnとする。残りの2進に重み付けされた容量のボトムプレートは、対応するDAC入力が1なら−の基準電圧Vrefnに、対応するDAC入力が0なら+の基準電圧Vrefpにつなぐ。また、比較期間にわたって、コンパレータCOMP1での比較結果によらず、符号ビットに相当する容量C12のボトムプレートの電位は、−の基準電圧Vrefnとする。   Further, the potential of the bottom plate of the capacitor C12 (corresponding to the sign bit) having a half of the total sampling capacity of the (−) side capacitor DAC is set to the − reference voltage Vrefn simultaneously with the start of comparison by the comparator. And The remaining binary weighted capacitance bottom plate is connected to a negative reference voltage Vrefn if the corresponding DAC input is 1, and to a positive reference voltage Vrefp if the corresponding DAC input is 0. In addition, over the comparison period, the potential of the bottom plate of the capacitor C12 corresponding to the sign bit is set to a negative reference voltage Vrefn regardless of the comparison result in the comparator COMP1.

アナログ入力信号のサンプリング終了時に、ボトムプレートに、アナログ入力信号VINP、VINNを供給するスイッチS2P、S2NをOFFしても、スイッチS4(図1)によりノードNODE1、NODE2の電位をイコライズするので、S2P、S2NがボトムプレートにつながるノードNODE1、NODE2の電位は電源電圧範囲を超えない。ノードNODE1、NODE2の電位を電源電圧範囲に収めることで、スイッチS3
P、S3Nを通して、トッププレートTOP+、TOP−に電流が流れないようにすることができる。これにより、トッププレートTOP+、TOP−の電荷が失われることが防げ、正しい変換結果が得られる。
Even when the switches S2P and S2N for supplying the analog input signals VINP and VINN to the bottom plate are turned off at the end of sampling of the analog input signal, the potentials of the nodes NODE1 and NODE2 are equalized by the switch S4 (FIG. 1). , S2N connected to the bottom plate, the potentials of the nodes NODE1, NODE2 do not exceed the power supply voltage range. By keeping the potentials of the nodes NODE1 and NODE2 within the power supply voltage range, the switch S3
It is possible to prevent current from flowing through the top plates TOP + and TOP− through P and S3N. As a result, it is possible to prevent the charges of the top plates TOP + and TOP− from being lost and to obtain a correct conversion result.

また、上記操作により、(+)側容量DACのボトムプレートに供給されるアナログ入力VINPが、(−)側容量DACのボトムプレートに供給されるアナログ入力VINNより、大きいか、あるいは等しいことを仮定して、アナログ入力電位差(VINP−VINN)をデジタル値に変換することができる。   Also, it is assumed that the analog input VINP supplied to the bottom plate of the (+) side capacitor DAC is greater than or equal to the analog input VINN supplied to the bottom plate of the (−) side capacitor DAC by the above operation. Thus, the analog input potential difference (VINP−VINN) can be converted into a digital value.

つまり、あらかじめ、VINP−VINN>=0が予想される場合には、従来回路(図19)では、必要だった符号決定のためのサイクルを省略して、AD変換を行なうことができる。これにより、符号決定に要する時間分、変換時間を短縮することができる。   In other words, when VINP−VINN> = 0 is predicted in advance, the conventional circuit (FIG. 19) can perform AD conversion by omitting a cycle for determining a necessary code. Thereby, the conversion time can be shortened by the time required for code determination.

《第1実施形態》
以下、本発明の第1実施形態を詳細に説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係るAD変換器を示す回路図である。図2は、図1のスイッチS1、S2P、S2N、S3P、S3N、およびS4の制御タイミングを示す図である。
<< First Embodiment >>
Hereinafter, the first embodiment of the present invention will be described in detail. FIG. 1 is a circuit diagram showing an AD converter according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram illustrating control timings of the switches S1, S2P, S2N, S3P, S3N, and S4 in FIG.

図1のSW2からSW5、SW8からSW11、SW13からSW16、SW19からSW22、S1、S2P、S2N、S3P、S3N、S4はスイッチを、C1からC12は容量を、VINPは(+)のアナログ入力を、VINNは(−)のアナログ入力を、TOP+は容量アレイの+側トッププレートを、TOP−は容量アレイの−側トッププレートを、Vrefpは+側の基準電位(例えば、5V)を、Vrefnは−側の基準電位(例えば、0V)を、COMP1はコンパレータを、CINP、CINNはコンパレータの入力を、COUT1はコンパレータ出力を、VCMはサンプリング時のコンパレータ入力のバイアス電位(例えば2.5V)を、NODE1、NODE2は内部のノードを、(+)側容量DACはC1からC6の容量アレイで構成されるDACを、(−)側容量DACはC7からC12の容量アレイで構成されるDACを、示す。図19、図20の従来回路の回路要素に対応する部分、同じ働きをする素子には同じ素子名、端子名を与えて示している。   In FIG. 1, SW2 to SW5, SW8 to SW11, SW13 to SW16, SW19 to SW22, S1, S2P, S2N, S3P, S3N, and S4 are switches, C1 to C12 are capacitors, and VINP is a (+) analog input. , VINN is the (−) analog input, TOP + is the + side top plate of the capacitor array, TOP− is the −side top plate of the capacitor array, Vrefp is the + side reference potential (for example, 5V), and Vrefn is -Side reference potential (eg, 0V), COMP1 is a comparator, CINP and CINN are comparator inputs, COUT1 is a comparator output, and VCM is a comparator input bias potential (eg 2.5V) during sampling. NODE1 and NODE2 are internal nodes, and the (+) side capacitor DAC is C1 to C6. The DAC comprised of the capacitor array (-) side capacitance DAC is a DAC composed of a capacitor array of the C12 from the C7, shown. The parts corresponding to the circuit elements of the conventional circuit in FIGS. 19 and 20 and the elements having the same functions are given the same element names and terminal names.

コンパレータCOMP1が本発明の比較器に相当し、(+)側容量DACが第1デジタルアナログ変換器に相当し、(−)側容量DACが第2デジタルアナログ変換器に相当し、+側の基準電位Vrefpの接続される端子が第1基準電圧接続端子に相当し、−側の基準電位Vrefnの接続される端子が第2基準電圧接続端子に相当する。   The comparator COMP1 corresponds to the comparator of the present invention, the (+) side capacitor DAC corresponds to the first digital-analog converter, the (-) side capacitor DAC corresponds to the second digital-analog converter, and the + side reference The terminal to which the potential Vrefp is connected corresponds to the first reference voltage connection terminal, and the terminal to which the − side reference potential Vrefn is connected corresponds to the second reference voltage connection terminal.

ここで、トッププレートTOP+とは、容量DACのうち、+側のアナログ信号が入力するNODE1にスイッチSW19、SW2−SW5、SW21を介して接続される端子(ボトムプレート)に対向する端子をいう。また、トッププレートTOP−とは、容量DACのうち、−側のアナログ信号が入力するNODE2にスイッチSW20、SW8−SW11、SW22を介して接続される端子(ボトムプレート)に対向する端子をいう。   Here, the top plate TOP + refers to a terminal of the capacitor DAC that is opposed to a terminal (bottom plate) that is connected to NODE1 to which an analog signal on the + side is input via the switches SW19, SW2-SW5, and SW21. In addition, the top plate TOP− is a terminal facing the terminal (bottom plate) connected to the NODE2 to which the negative analog signal is input through the switches SW20, SW8-SW11, and SW22 in the capacitor DAC.

容量Ca(aは整数)に併記されたbC(bは整数)の値はそれぞれの容量の大きさの相対関係を示し、1C、2C、4C、8C、16C(等)、に示されるように重み付けがされている。図1のC1からC12が4ビットDACを構成している。   The value of bC (b is an integer) written together with the capacitance Ca (a is an integer) indicates the relative relationship between the sizes of the respective capacitances, as shown in 1C, 2C, 4C, 8C, 16C (etc.). Weighted. C1 to C12 in FIG. 1 constitute a 4-bit DAC.

図1に図示されるスイッチの状態は、容量DACのサンプリング状態を示している。サンプリング時には、C1からC6にVINPの電位が充電され、C7からC12にVINNの電位が充電される。   The state of the switch illustrated in FIG. 1 indicates the sampling state of the capacitor DAC. At the time of sampling, the potential of VINP is charged from C1 to C6, and the potential of VINN is charged from C7 to C12.

まず、アナログ入力信号VINP、VINNのサンプリングに先立って、ディスチャージ用のスイッチS3P、S3NをONする(図2参照)。このときアナログ信号入力用のスイッチS2P、S2Nはオープンとする(より正確には、両方OFFにすることは必須ではなく、いずれか一方、例えばS2NはONとしておいてもよい)。   First, prior to sampling of the analog input signals VINP and VINN, the discharge switches S3P and S3N are turned ON (see FIG. 2). At this time, the analog signal input switches S2P and S2N are opened (more precisely, it is not essential to turn off both of them, and one of them, for example, S2N may be turned on).

また、例えば、S1をON、SW2からSW5、SW19、SW21をNODE1につないでおく。また、例えば、SW8からSW11、SW20、SW22をNODE2につないでおく。S3P、S3NをONすることで、C1からC12のトッププレート(TOP+、TOP−)の電位とC1からC12のボトムプレートの電位が等しくなり、(+)側容量DAC、(−)側容量DACのサンプリング容量C1からC12に蓄えられる電荷が0となる。   Further, for example, S1 is turned ON, and SW2 to SW5, SW19, and SW21 are connected to NODE1. For example, SW8 to SW11, SW20, and SW22 are connected to NODE2. By turning on S3P and S3N, the potentials of the top plates (TOP +, TOP−) of C1 to C12 and the potentials of the bottom plates of C1 to C12 become equal, and the (+) side capacitance DAC and (−) side capacitance DAC The charge stored in the sampling capacitors C1 to C12 is zero.

この後、S3P、S3NをOFFし、S1、S2P、S2NをONする(図2参照)。このとき、NODE1(本発明の第1アナログ端子に相当)には、スイッチS2P(本発明の第1入力スイッチに相当)を通じて、+側のアナログ信号(第1アナログ信号に相当)が入力される。また、NODE2(本発明の第2アナログ端子に相当)には、スイッチS2N(本発明の第2入力スイッチに相当)を通じて、−側のアナログ信号(第2アナログ信号に相当)が入力される。   Thereafter, S3P and S3N are turned OFF, and S1, S2P and S2N are turned ON (see FIG. 2). At this time, a positive analog signal (corresponding to the first analog signal) is input to NODE1 (corresponding to the first analog terminal of the present invention) through the switch S2P (corresponding to the first input switch of the present invention). . Further, a negative analog signal (corresponding to a second analog signal) is input to NODE2 (corresponding to a second analog terminal of the present invention) through a switch S2N (corresponding to a second input switch of the present invention).

ただし、S1については、S3P、S3NをONの状態で、S1をONとしておいて、ONの状態を保っていてもよい)。S2P、S2NをONすることで、NODE1の電位はVINPに、NODE2の電位はVINNになる。SW2からSW5、SW19、SW21をNODE1につないでおき、また、SW8からSW11、SW20、SW22をNODE2につないでおくものとする。(+)側容量DACの合計のサンプリング容量(C1からC6の合計容量32C)と、(−)側容量DACの合計のサンプリング容量(C7からC12の合計容量32C)を等しくしているので、また、S1がONとなっており、トッププレートTOP+と、TOP−の電位が等しいので、トッププレートTOP+と、TOP−の電位は、入力コモン電位((VINP+VINN)/2)となる。(VINP、VINNは、それぞれ、(+)のアナログ入力VINPの電位、(−)のアナログ入力VINNの電位を表わすものとする。)
C1からC6で構成される(+)側容量DACのトッププレート(TOP+)に蓄えられる電荷QSAMPPは、式(17)で表わされる。(C1からC6の合計容量を32Cで、表わす。)
However, for S1, S3P and S3N may be in the ON state and S1 may be in the ON state, and the ON state may be maintained. By turning on S2P and S2N, the potential of NODE1 becomes VINP and the potential of NODE2 becomes VINN. SW2 to SW5, SW19, and SW21 are connected to NODE1, and SW8 to SW11, SW20, and SW22 are connected to NODE2. Since the total sampling capacity of the (+) side capacitor DAC (total capacity 32C from C1 to C6) and the total sampling capacity of the (−) side capacity DAC (total capacity 32C from C7 to C12) are equal, , S1 are ON, and the potentials of the top plates TOP + and TOP− are equal, so the potentials of the top plates TOP + and TOP− become the input common potential ((VINP + VINN) / 2). (VINP and VINN represent the potential of the (+) analog input VINP and the potential of the (−) analog input VINN, respectively.)
The electric charge QSAMPP stored in the top plate (TOP +) of the (+) side capacitor DAC composed of C1 to C6 is expressed by Expression (17). (The total capacity of C1 to C6 is represented by 32C.)

QSAMPP=−32C(VINP−(VINP+VINN)/2);
QSAMPP=−32C(VINP−VINN)/2; 式(17)
C7からC12で構成される(−)側容量DACのトッププレート(TOP−)に蓄えられる電荷QSAMPNは、式(18)で表わされる。
QSAMPP = −32C (VINP− (VINP + VINN) / 2);
QSAMPP = −32C (VINP−VINN) / 2; Formula (17)
The electric charge QSAMPN stored in the top plate (TOP−) of the (−) side capacitor DAC composed of C7 to C12 is expressed by Expression (18).

QSAMPN=−32C(−VINP+VINN)/2; 式(18)
つまり、サンプリング時のトッププレートTOP+、TOP−の電位を入力コモン電位(VINP+VINN)/2としておくことで、(+)側容量DAC、(−)側容量DACにサンプリングされる電荷は、その絶対値は等しく、極性は逆となる。
QSAMPN = −32C (−VINP + VINN) / 2; Formula (18)
That is, by setting the potential of the top plates TOP + and TOP− during sampling to the input common potential (VINP + VINN) / 2, the charges sampled in the (+) side capacitor DAC and the (−) side capacitor DAC are absolute values thereof. Are equal and the polarity is reversed.

サンプリング終了後、S1をオープン(開放)とする。また、S2P、S2Nも、オープン(開放)とする。S1を最初に開放とすることで、トッププレートTOP+、TOP−がフローティングとなるので、C1からC12のトッププレートの電荷が保存される。   After completion of sampling, S1 is opened (opened). S2P and S2N are also open (open). By opening S1 first, the top plates TOP + and TOP− are in a floating state, so that the charges on the top plates C1 to C12 are stored.

後の説明に都合がいいので、ここで、SW2からSW5、SW8からSW11、SW19からSW22のトランジスタレベルの回路例を、SW2を例として、図3に示しておく
FIG. 3 shows an example of a transistor level circuit of SW2 to SW5, SW8 to SW11, and SW19 to SW22, taking SW2 as an example.

図3のPM5、PM6はPMOSトランジスタを、NM5、NM6はNMOSトランジスタを、C2は容量を、NODE1、TOP+はノード名を、Vrefpは+側の基準電位(例えば、5V)を、Vrefnは−側の基準電位(例えば、0V)を、示す。図3において図1に対応するノード等は、図1と同じ名称を与えて示した。図3のように、トランジスタを接続することで、例えば、図1のSW2の機能を実現できる。   In FIG. 3, PM5 and PM6 are PMOS transistors, NM5 and NM6 are NMOS transistors, C2 is a capacitor, NODE1, TOP + are node names, Vrefp is a reference potential on the + side (for example, 5V), and Vrefn is a − side. The reference potential (for example, 0 V) is shown. In FIG. 3, the nodes corresponding to FIG. 1 are given the same names as in FIG. By connecting transistors as shown in FIG. 3, for example, the function of SW2 in FIG. 1 can be realized.

図1の説明にもどる。S1をオープン(開放)とした後、SW2からSW5、SW8からSW11、SW19からSW22を操作して、容量C1からC12のボトムプレートの電位を、Vrefp、あるいは、Vrefnとする。このとき、図3のような回路でスイッチ(例えばSW2)を構成すると、C2のボトムプレートの電位を、Vrefp、あるいは、Vrefnとする前に、PM5、NM5をOFFし、その後C2のボトムプレートの電位を、Vrefp、あるいは、Vrefnとする。   Returning to the description of FIG. After S1 is opened (opened), SW2 to SW5, SW8 to SW11, and SW19 to SW22 are operated to set the potential of the bottom plates of the capacitors C1 to C12 to Vrefp or Vrefn. At this time, if a switch (for example, SW2) is configured with a circuit as shown in FIG. 3, PM5 and NM5 are turned off before the potential of the bottom plate of C2 is set to Vrefp or Vrefn, and then the bottom plate of C2 is turned off. The potential is set to Vrefp or Vrefn.

このようなスイッチのタイミングで、スイッチSW2からSW5、SW8からSW11、SW19からSW22を操作すると、S2PがOFFした前後に、SW2からSW5、SW19、SW21も、NODE1から見て、フローティングとなる。このため、図21の説明で述べたように、VINPの電位が正の電源電圧に近い電位の場合、NODE1の電位は、スイッチS2Pのオフに伴いS2Pを構成するPMOSトランジスタのゲート容量により、正の電源電圧を超えて上昇する可能性がある。   When the switches SW2 to SW5, SW8 to SW11, and SW19 to SW22 are operated at such switch timing, SW2 to SW5, SW19, and SW21 are also floating as viewed from NODE1 before and after S2P is turned off. Therefore, as described with reference to FIG. 21, when the potential of VINP is close to a positive power supply voltage, the potential of NODE1 is positive due to the gate capacitance of the PMOS transistor that constitutes S2P when the switch S2P is turned off. May exceed the power supply voltage of

同様に、S2NがOFFした前後に、SW8からSW11、SW20、SW22も、NODE2から見て、フローティングとなる。このため、VINNの電位が負の電源電圧に近い電位の場合、NODE2の電位は、スイッチS2Nのオフに伴いS2Nを構成するNMOSトランジスタのゲート容量により、負の電源電圧を超えて低下する可能性がある。   Similarly, before and after S2N is turned OFF, SW8 to SW11, SW20, and SW22 are also floating as viewed from NODE2. For this reason, when the potential of VINN is close to the negative power supply voltage, the potential of NODE2 may decrease beyond the negative power supply voltage due to the gate capacitance of the NMOS transistor constituting S2N as the switch S2N is turned off. There is.

これを防ぐために、S2P、S2NをOFFした後、NODE1とNODE2の電位を等しくするスイッチS4(本発明の電位制御回路、および第2スイッチに相当)をONする(図2参照)。これにより、NODE1とNODE2の電位が等しくなり、中間の電位となる。このため、S2P、S2NをOFFする直前のNODE1、NODE2のどちらか一方が、正の電源電圧に近い電位、あるいは、負の電源電圧に近い電位となっていても、NODE1、NODE2の電位差がある程度大きければ、S2PのオフまたはS2Nのオフの際に、NODE1、NODE2の電位は電源電圧範囲を超えることがないようにできる。   In order to prevent this, after turning off S2P and S2N, a switch S4 (corresponding to the potential control circuit of the present invention and the second switch) for equalizing the potentials of NODE1 and NODE2 is turned on (see FIG. 2). As a result, the potentials of NODE1 and NODE2 become equal and become an intermediate potential. Therefore, even if one of NODE1 and NODE2 immediately before turning off S2P and S2N is a potential close to a positive power supply voltage or a potential close to a negative power supply voltage, the potential difference between NODE1 and NODE2 is somewhat. If it is larger, the potentials of NODE1 and NODE2 can be prevented from exceeding the power supply voltage range when S2P is turned off or S2N is turned off.

仮に、NODE1、NODE2の電位が、電源電圧範囲を超えると、たとえ、S3P、S3NをOFFしても、それらを構成するMOSトランジスタのゲート、ソース間に(順方向の、電流が流れやすくなる方向の)電位差が発生するので、S3P、S3Nを通して、NODE1からTOP+へ、あるいは、TOP−からNODE2へ、わずかな電流が流れ、トッププレートTOP+、TOP−に蓄えた電荷を変化させてしまう問題がある(このことは、図21の回路の問題の説明で述べた通りである。)。   If the potentials of NODE1 and NODE2 exceed the power supply voltage range, even if S3P and S3N are turned off, the forward direction current flows easily between the gates and sources of the MOS transistors constituting them. Therefore, there is a problem that a slight current flows from NODE1 to TOP + or from TOP− to NODE2 through S3P and S3N, changing the charge stored in the top plates TOP + and TOP−. (This is as described in the explanation of the problem of the circuit of FIG. 21).

そこで、図1の回路のように、S4を設けて、サンプリング終了後、S4によりNODE1、NODE2の電位が、電源電圧範囲を超えないようにすることで、電源電圧範囲のアナログ入力信号をサンプリングしても、内部ノード、NODE1、NODE2の電位が電源電圧範囲を超えないようにできる。そのため、サンプリングした電荷の破壊を防ぐことができ、正しい変換結果を得られるようになる。   Therefore, as in the circuit of FIG. 1, S4 is provided, and after the end of sampling, the analog input signal in the power supply voltage range is sampled by preventing the potentials of NODE1 and NODE2 from exceeding the power supply voltage range by S4. However, the potentials of the internal nodes NODE1 and NODE2 can be prevented from exceeding the power supply voltage range. Therefore, the sampled charge can be prevented from being destroyed, and a correct conversion result can be obtained.

サンプリングの終了時に、S1をOFFし、また、S2P、S2NをOFFし、SW2
からSW5、SW8からSW11、SW19からSW22をフローティングとし(S3P、S3N、はサンプリングの開始時からOFFしている)、S4をONする。さらに、SW13、SW14をOFFし、SW15、SW16をONする。これにより、コンパレータによる逐次比較の準備が整う。
At the end of sampling, S1 is turned OFF, S2P and S2N are turned OFF, SW2
To SW5, SW8 to SW11, SW19 to SW22 are made floating (S3P and S3N are OFF from the start of sampling), and S4 is turned ON. Further, SW13 and SW14 are turned off, and SW15 and SW16 are turned on. Thus, preparation for successive comparison by the comparator is completed.

SW13、SW14はサンプリング中にコンパレータCOMP1の入力CINP、CINNにバイアスVCMを与えるためのスイッチとして働く。例えば、VCMを、コンパレータによる比較の最終的なコモン電位((Vrefp+Vrefn)/2)と等しくしておけば、サンプリング期間中に、コンパレータCOMP1のオフセット電圧を、例えば容量に記憶しておき、auto−zeroによりオフセットの影響を小さくできる。   SW13 and SW14 function as switches for applying a bias VCM to the inputs CINP and CINN of the comparator COMP1 during sampling. For example, if VCM is set equal to the final common potential ((Vrefp + Vrefn) / 2) for comparison by the comparator, the offset voltage of the comparator COMP1 is stored in, for example, a capacitor during the sampling period, and the auto− The influence of offset can be reduced by zero.

また、SW15、SW16は、TOP+、TOP−の電位をアナログ入力コモン電位とするために、TOP+、TOP−と、コンパレータ入力端子(CINP、CINN)とを切り離しておくためのスイッチとして働く。   Further, SW15 and SW16 function as switches for separating TOP + and TOP− from the comparator input terminals (CINP and CINN) in order to set the potential of TOP + and TOP− to the analog input common potential.

サンプリング後は、SW2からSW5、SW8からSW11、SW19からSW22を操作して、容量C1からC12のボトムプレートの電位を、Vrefp、あるいは、Vrefnとすることで、基準電圧を分圧した電圧と、サンプリングした電位差の大小関係を(COUT1を利用して)判定し、アナログ入力電位差に対応するデジタル値を検索する。   After sampling, by operating SW2 to SW5, SW8 to SW11, SW19 to SW22, and setting the potential of the bottom plate of the capacitors C1 to C12 to Vrefp or Vrefn, a voltage obtained by dividing the reference voltage, The magnitude relation of the sampled potential difference is determined (using COUT1), and a digital value corresponding to the analog input potential difference is searched.

本実施形態では、VINP−VINN>=0を仮定しているので、SW21はVrefpに、SW22はVrefnに接続される。(+)側容量DACのスイッチSW2からSW5は、対応するデジタルコードが1なら、Vrefpに、対応するデジタルコードが0ならVrefnにつながれる。2の補数を生成するために1ビット加算値を生成するSW19はVrefn(デジタルコード0に対応)につながれる。2の補数データを生成する必要がないからである。   In this embodiment, since it is assumed that VINP−VINN> = 0, SW21 is connected to Vrefp, and SW22 is connected to Vrefn. The switches SW2 to SW5 of the (+) side capacitor DAC are connected to Vrefp if the corresponding digital code is 1, and to Vrefn if the corresponding digital code is 0. SW19, which generates a 1-bit addition value to generate a 2's complement, is connected to Vrefn (corresponding to digital code 0). This is because it is not necessary to generate 2's complement data.

(−)側容量DACのスイッチSW8からSW11は、対応するデジタルコードが1なら、Vrefnに、対応するデジタルコードが0ならVrefpにつながれる。本実施形態では、VINP−VINN>=0を仮定しているので、SW20はVrefp(デジタルコード0に対応)につながれる。常時、2の補数データを生成するためである。   The switches SW8 to SW11 of the (−) side capacitor DAC are connected to Vrefn if the corresponding digital code is 1, and to Vrefp if the corresponding digital code is 0. In this embodiment, since it is assumed that VINP−VINN> = 0, SW20 is connected to Vrefp (corresponding to digital code 0). This is to always generate 2's complement data.

SW19に対応するSW1は、図19では、VINP<VINNの場合には、Vrefpにつなぐ必要があった。これは、VINP<VINNの場合に、2の補数で表されるデジタル値を変換結果として得る目的のためである。一方図1の発明の回路では、VINP>VINNだけを想定しているので、+側電位として常時正数を想定すればよい。したがって、SW19はVrefnにつなぐだけでよい。同様に、−側電位として常時負数を想定すればよく、SW20はVrefpにつなげばよい。   In FIG. 19, SW1 corresponding to SW19 needs to be connected to Vrefp when VINP <VINN. This is for the purpose of obtaining a digital value represented by two's complement as a conversion result when VINP <VINN. On the other hand, in the circuit of the invention of FIG. 1, since only VINP> VINN is assumed, it is sufficient to always assume a positive number as the + side potential. Therefore, SW19 need only be connected to Vrefn. Similarly, a negative number may always be assumed as the negative side potential, and SW20 may be connected to Vrefp.

<検索手順>
図19の従来回路では、SW6をVrefpに、SW1からSW5をVrefnに、SW12をVrefnに、SW7からSW11をVrefpにつなぐことで、VINPとVINNの大小関係を判定し、符号を決定していた。しかしながら、実際の応用では、VINPとVINNの大小関係をあらかじめ予想できるような場合もある。符号が予想できる場合には、符号決定のための比較サイクルは冗長であるといえる。
<Search procedure>
In the conventional circuit of FIG. 19, SW6 is connected to Vrefp, SW1 to SW5 are connected to Vrefn, SW12 is connected to Vrefn, and SW7 to SW11 are connected to Vrefp, thereby determining the magnitude relationship between VINP and VINN and determining the sign. . However, in actual application, the magnitude relationship between VINP and VINN may be predicted in advance. If the code can be predicted, it can be said that the comparison cycle for determining the code is redundant.

そこで、本実施形態のAD変換回路では、VINPがVINNより大きいことを前提に(符号を仮定して)、デジタル値を決定する検索方法、回路を提供する。VINP>VINNを前提にするので、符号決定が必要ない分だけより高速な変換が可能となる(VIN
P>VINNが満たされない場合の回路については、第7実施形態で述べる)
本実施形態の回路、図1でSW21は、従来の回路である図19のSW6に対応し、図1のSW22は図19のSW12に対応する。
Therefore, the AD conversion circuit of the present embodiment provides a search method and circuit for determining a digital value on the assumption that VINP is larger than VINN (assuming a sign). Since VINP> VINN is assumed, higher-speed conversion is possible as much as code determination is not required (VIN
(The circuit when P> VINN is not satisfied will be described in the seventh embodiment)
In the circuit of this embodiment, SW21 in FIG. 1 corresponds to SW6 in FIG. 19 which is a conventional circuit, and SW22 in FIG. 1 corresponds to SW12 in FIG.

VINP>VINNを前提としているので、コンパレータでの比較は、例えば、VINP>VINNかつ、基準電圧/2との比較から始め、基準電圧/2より(VINP−VINN)が大きければ、基準電圧×3/4と(VINP−VINN)を比較する。基準電圧/2より(VINP−VINN)が小さければ、基準電圧×1/4と(VINP−VINN)を比較する。さらに、仮に、基準電圧×1/4より(VINP−VINN)が大きければ、基準電圧×3/8と(VINP−VINN)を比較する。あるいは、基準電圧×1/4より(VINP−VINN)が小さければ、基準電圧×1/8と(VINP−VINN)を比較する。つまり、(VINP−VINN)の電位差と、基準電圧(Vrefp−Vrefn)を分割した電位の大小関係を判定し、サンプリングした(VINP−VINN)の電位差の値の範囲を順次狭めていき、最終的なデジタル値を決定する。   Since it is assumed that VINP> VINN, the comparison by the comparator starts with, for example, comparison with VINP> VINN and the reference voltage / 2, and if (VINP−VINN) is larger than the reference voltage / 2, the reference voltage × 3 / 4 is compared with (VINP-VINN). If (VINP−VINN) is smaller than the reference voltage / 2, the reference voltage × 1/4 is compared with (VINP−VINN). Furthermore, if (VINP−VINN) is larger than the reference voltage × 1/4, the reference voltage × 3/8 is compared with (VINP−VINN). Alternatively, if (VINP−VINN) is smaller than the reference voltage × 1/4, the reference voltage × 1/8 is compared with (VINP−VINN). That is, the magnitude relationship between the potential difference of (VINP−VINN) and the potential obtained by dividing the reference voltage (Vrefp−Vrefn) is determined, the range of potential difference values of (VINP−VINN) sampled is sequentially narrowed, and finally The correct digital value.

<MSB(最上位ビット)の決定>
SW21をVrefpに、SW2からSW4、SW19をVrefnに、SW5をVrefpにつなぐ。C1からC4、の合計容量8Cのボトムプレート電位がVrefnとなり、C5、C6の合計容量24Cのボトムプレート電位がVrefpとなる。式(17)の(+)側トッププレート(TOP+)に蓄えられる電荷QSAMPPが保存されるので、このときの(+)側トッププレート(TOP+)電位Vtpは、式(19)、式(20)で与えられる。
<Decision of MSB (most significant bit)>
SW21 is connected to Vrefp, SW2 to SW4, SW19 are connected to Vrefn, and SW5 is connected to Vrefp. The bottom plate potential of the total capacity 8C of C1 to C4 becomes Vrefn, and the bottom plate potential of the total capacity 24C of C5 and C6 becomes Vrefp. Since the charge QSAMPP stored in the (+) side top plate (TOP +) of Expression (17) is stored, the (+) side top plate (TOP +) potential Vtp at this time is expressed by Expressions (19) and (20). Given in.

−24C(Vrefp−Vtp)+8C(Vtp−Vrefn)=−32C(VINP−VINN)/2; 式(19)
Vtp=−(VINP−VINN)/2+(Vrefp+Vrefn)/2+(Vrefp−Vrefn)/(2×2); 式(20)
SW22をVrefnに、SW8からSW10、SW20をVrefpに、SW11をVrefnにつなぐ。C7からC10の合計容量8Cのボトムプレート電位がVrefpとなり、C11、C12の合計容量24Cのボトムプレート電位がVrefnとなる。式(18)の(−)側トッププレート(TOP−)に蓄えられる電荷QSAMPPが保存されるので、このときの(−)側トッププレート(TOP−)電位Vtnは、式(21)、式(22)で与えられる。
−24C (Vrefp−Vtp) + 8C (Vtp−Vrefn) = − 32C (VINP−VINN) / 2; Formula (19)
Vtp = − (VINP−VINN) / 2 + (Vrefp + Vrefn) / 2 + (Vrefp−Vrefn) / (2 × 2); Formula (20)
SW22 is connected to Vrefn, SW8 to SW10, SW20 are connected to Vrefp, and SW11 is connected to Vrefn. The bottom plate potential of the total capacity 8C from C7 to C10 becomes Vrefp, and the bottom plate potential of the total capacity 24C of C11 and C12 becomes Vrefn. Since the charge QSAMPP stored in the (−) side top plate (TOP−) of the equation (18) is stored, the (−) side top plate (TOP−) potential Vtn at this time is expressed by the equations (21) and ( 22).

−8C(Vrefp−Vtp)+24C(Vtp−Vrefn)=32C(VINP−VINN)/2; 式(21)
Vtn=(VINP−VINN)/2+(Vrefp+Vrefn)/2−(Vrefp−Vrefn)/(2×2); 式(22)
このトッププレートの電位がコンパレータの差動入力CINP、CINNになる。その差電位Vtp−Vtnを考えると、式(23)が得られる。
−8C (Vrefp−Vtp) + 24C (Vtp−Vrefn) = 32C (VINP−VINN) / 2; Formula (21)
Vtn = (VINP−VINN) / 2 + (Vrefp + Vrefn) / 2− (Vrefp−Vrefn) / (2 × 2); Formula (22)
The potential of the top plate becomes the differential inputs CINP and CINN of the comparator. When the difference potential Vtp−Vtn is considered, Expression (23) is obtained.

Vtp−Vtn=−(VINP−VINN)+(Vrefp−Vrefn)/2;
式(23)
つまり、入力電位差VINP−VINNと、リファレンス電位(Vrefp−Vrefn)を1/2倍した値との大小関係をコンパレータCOMP1により判定することができる。
Vtp−Vtn = − (VINP−VINN) + (Vrefp−Vrefn) / 2;
Formula (23)
In other words, the comparator COMP1 can determine the magnitude relationship between the input potential difference VINP−VINN and a value obtained by halving the reference potential (Vrefp−Vrefn).

<MSBの次のビット以降の決定>
これにより、SW5、SW11に対応するデジタルコードが決定できるので、SW4、SW10に対応するコード(2番目の上位ビット)の決定について説明する。
<Determination after the next bit of MSB>
Thus, since the digital code corresponding to SW5 and SW11 can be determined, determination of the code (second upper bit) corresponding to SW4 and SW10 will be described.

仮にSW5、SW11に対応するデジタルコードが1に決定し、(VINP−VINN)は(Vrefp−Vrefn)/2より大きかったとする。この場合、(VINP−VINN)と(Vrefp−Vrefn)×3/4を比較し、その大小関係を調べて、(VINP−VINN)の値の範囲を狭めていく。   Suppose that the digital code corresponding to SW5 and SW11 is determined to be 1, and (VINP−VINN) is larger than (Vrefp−Vrefn) / 2. In this case, (VINP−VINN) and (Vrefp−Vrefn) × 3/4 are compared, the magnitude relation is examined, and the range of the value of (VINP−VINN) is narrowed.

具体的には、SW21をVrefpに、SW19、SW2、SW3をVrefnに、SW4、SW5をVrefpにつなぐ。C1からC3の合計容量4Cのボトムプレート電位がVrefnとなり、C4、C5、C6の合計容量28Cのボトムプレート電位がVrefpとなる。このときの(+)側トッププレート(TOP+)電位Vtpは、式(24)、式(25)で与えられる。   Specifically, SW21 is connected to Vrefp, SW19, SW2, and SW3 are connected to Vrefn, and SW4 and SW5 are connected to Vrefp. The bottom plate potential of the total capacitance 4C from C1 to C3 becomes Vrefn, and the bottom plate potential of the total capacitance 28C of C4, C5, and C6 becomes Vrefp. The (+) side top plate (TOP +) potential Vtp at this time is given by the equations (24) and (25).

−28C(Vrefp−Vtp)+4C(Vtp−Vrefn)=−32C(VINP−VINN)/2; 式(24)
Vtp=−(VINP−VINN)/2+(Vrefp+Vrefn)/2+3×(Vrefp−Vrefn)/(2×4); 式(25)
−28C (Vrefp−Vtp) + 4C (Vtp−Vrefn) = − 32C (VINP−VINN) / 2; Formula (24)
Vtp = − (VINP−VINN) / 2 + (Vrefp + Vrefn) / 2 + 3 × (Vrefp−Vrefn) / (2 × 4); Formula (25)

SW22をVrefnに、SW20、SW8、SW9をVrefpに、SW10、SW11をVrefnにつなぐ。C7からC9の合計容量4Cのボトムプレート電位がVrefpとなり、C10、C11、C12の合計容量28Cのボトムプレート電位がVrefnとなる。このときの(−)側トッププレート(TOP−)電位Vtnは、式(26)、式(27)で与えられる。   SW22 is connected to Vrefn, SW20, SW8 and SW9 are connected to Vrefp, and SW10 and SW11 are connected to Vrefn. The bottom plate potential of the total capacity 4C from C7 to C9 becomes Vrefp, and the bottom plate potential of the total capacity 28C of C10, C11, and C12 becomes Vrefn. The (−) side top plate (TOP−) potential Vtn at this time is given by Expression (26) and Expression (27).

−4C(Vrefp−Vtp)+28C(Vtp−Vrefn)=32C(VINP−VINN)/2; 式(26)
Vtn=(VINP−VINN)/2+(Vrefp+Vrefn)/2−3×(Vrefp−Vrefn)/(2×4) 式(27)
−4C (Vrefp−Vtp) + 28C (Vtp−Vrefn) = 32C (VINP−VINN) / 2; Formula (26)
Vtn = (VINP−VINN) / 2 + (Vrefp + Vrefn) / 2−3 × (Vrefp−Vrefn) / (2 × 4) Equation (27)

このトッププレートの電位がコンパレータの差動入力CINP、CINNになる。その差電位Vtp−Vtnを考えると、式(28)が得られる。   The potential of the top plate becomes the differential inputs CINP and CINN of the comparator. When the difference potential Vtp−Vtn is considered, Expression (28) is obtained.

Vtp−Vtn=−(VINP−VINN)+3×(Vrefp−Vrefn)/4;
式(28)
つまり、入力電位差VINP−VINNと、リファレンス電位(Vrefp−Vrefn)を3/4倍した値との大小関係をコンパレータCOMP1により判定することができる。このように、SW2からSW5、SW8からSW11、SW19からSW22を操作し、C1からC12のボトムプレート電位をVrefpあるいは、Vrefnとすることで、VINP−VINNの電位差と、Vrefp−Vrefnを分割した電位の大小関係を判定することができ、それにより、サンプリングしたVINP−VINNの電位差の値の範囲を順次狭めていき、最終的なデジタル値を決定することができる。
Vtp−Vtn = − (VINP−VINN) + 3 × (Vrefp−Vrefn) / 4;
Formula (28)
That is, the comparator COMP1 can determine the magnitude relationship between the input potential difference VINP−VINN and a value obtained by multiplying the reference potential (Vrefp−Vrefn) by 3/4. Thus, by operating SW2 to SW5, SW8 to SW11, SW19 to SW22, and setting the bottom plate potential of C1 to C12 to Vrefp or Vrefn, the potential difference of VINP−VINN and the potential obtained by dividing Vrefp−Vrefn Can be determined, whereby the range of potential difference values of the sampled VINP-VINN can be sequentially narrowed to determine the final digital value.

<効果>
以上述べたように、サンプリング時のトッププレート電位TOP+、TOP−の電位を入力コモン電位(VINP+VINN)/2としておくことで、(+)側容量DAC、(−)側容量DACにサンプリングされる電荷は、その絶対値は等しく、極性は逆となる。このため、(+)側容量DACと(−)側容量DACのスイッチを対称に操作することで、それぞれの容量DAC出力を対称に動作させることができる。また、(+)側トッププレート(TOP+)電位Vtpと、(−)側トッププレート(TOP−)電位Vtnのコモン電位は、(Vrefp+Vrefn)/2となり、リファレンス電位の中心の電位とできるので(式(20)+式(22)、式(25)+式(27)参照)、動作余裕を最大
にできる。
<Effect>
As described above, by setting the top plate potentials TOP + and TOP− during sampling to the input common potential (VINP + VINN) / 2, the charges sampled in the (+) side capacitor DAC and (−) side capacitor DAC Are equal in absolute value and opposite in polarity. Therefore, by operating the switches of the (+) side capacitor DAC and the (−) side capacitor DAC symmetrically, the respective capacitor DAC outputs can be operated symmetrically. Further, the common potential of the (+) side top plate (TOP +) potential Vtp and the (−) side top plate (TOP−) potential Vtn is (Vrefp + Vrefn) / 2, which can be the center potential of the reference potential (formula (20) + Expression (22), Expression (25) + Expression (27)), and the operation margin can be maximized.

以上説明したように、図1の回路構成により、差動アナログ入力信号を、符号を仮定して(VINP>VINNを前提として)、デジタル値に変換する動作が実現できる。   As described above, the operation of converting the differential analog input signal into a digital value on the assumption of a sign (assuming VINP> VINN) can be realized by the circuit configuration of FIG.

また、S4を設けて、サンプリング終了後S4をONすることで、NODE1、NODE2の電位が電源電圧範囲を超えることを防げるので、S3P、S3Nを通した、トッププレートTOP+、TOP−の電荷の破壊を避けることができ、電源電圧範囲におよぶ大振幅のアナログ入力信号を変換する場合でも、正しい変換結果が得られるようになる。   In addition, since S4 is provided and S4 is turned on after the sampling is completed, the potentials of NODE1 and NODE2 can be prevented from exceeding the power supply voltage range. Therefore, the charges on top plates TOP + and TOP− are destroyed through S3P and S3N. Therefore, even when an analog input signal having a large amplitude over the power supply voltage range is converted, a correct conversion result can be obtained.

さらに、符号を仮定して(VINP>VINNを前提として)、アナログ入力電位差をデジタル値に変換するので、符号判定のための比較サイクルを省略することができ、その分、変換時間を高速化できる。   Furthermore, assuming the sign (assuming VINP> VINN), the analog input potential difference is converted into a digital value, so that the comparison cycle for sign determination can be omitted, and the conversion time can be increased accordingly. .

図1では、一例として4ビットの容量DACで、逐次比較AD変換器を構成し、それに、本発明の考え方を適用した例を示したが、DACのビット数は一般の場合(3ビット以下、または、5ビット以上)で構わないことはいうまでもない。   In FIG. 1, as an example, a successive approximation AD converter is configured with a 4-bit capacitor DAC, and an example in which the concept of the present invention is applied is shown. However, the number of bits of the DAC is a general case (3 bits or less, Needless to say, it may be 5 bits or more.

《第2実施形態》
図4を参照して本発明の第2実施形態に係るAD変換器を説明する。上記第1実施形態では、(+)側のアナログ入力をNODE1に接続するスイッチS2P、および(−)側のアナログ入力VINNをNODE2に接続するスイッチS2NをOFFした後、NODE1とNODE2の電位を等しくするスイッチS4をONすることにより、NODE1とNODE2の電位変動を抑制した。
<< Second Embodiment >>
An AD converter according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the first embodiment, the switch S2P that connects the (+) side analog input to NODE1 and the switch S2N that connects the (−) side analog input VINN to NODE2 are turned OFF, and then the potentials of NODE1 and NODE2 are equal. By turning on the switch S4, the potential fluctuations of NODE1 and NODE2 were suppressed.

本実施形態では、このスイッチS4の作用に加えて、さらに、NODE1とNODE2の電位変動を抑制する電位変動抑制手段を例示する。あるいは、このスイッチS4の作用に代わる本実施形態の電位変動抑制手段を例示する。本実施形態でも、サンプリング終了時に、ボトムプレートに、アナログ入力信号VINP、VINNを供給するスイッチS2P、S2NをOFFする。本実施形態では、そのとき、内部のノードNODE1、NODE2の電位が電源電圧範囲を超えないように、スイッチS2P、S2Nのゲート容量から注入される電荷と逆の電荷をNODE1、NODE2に供給するカップリング容量NM7、PM7、NM8、PM8を設ける。   In the present embodiment, in addition to the action of the switch S4, a potential fluctuation suppressing unit that further suppresses potential fluctuations of NODE1 and NODE2 is exemplified. Alternatively, the potential fluctuation suppressing means of this embodiment that replaces the action of the switch S4 is illustrated. Also in this embodiment, at the end of sampling, the switches S2P and S2N that supply the analog input signals VINP and VINN to the bottom plate are turned off. In the present embodiment, at this time, a cup for supplying NODE1 and NODE2 with charges opposite to those injected from the gate capacitances of the switches S2P and S2N so that the potentials of the internal nodes NODE1 and NODE2 do not exceed the power supply voltage range. Ring capacitors NM7, PM7, NM8, and PM8 are provided.

本実施形態の他の構成および作用は、第1実施形態の場合と同様である。すなわち、図4でも、差動容量DACのうち(+)側容量DACのトッププレートTOP+とボトムプレート(C1からC6のスイッチにつながる端子)の電位を等しくし、(+)側容量DACのサンプリング容量を放電するスイッチ(図1、S3P)と、(−)側容量DACのトッププレートTOP−とボトムプレート(C7からC12のスイッチにつながる端子)の電位を等しくし、(−)側容量DACのサンプリング容量を放電するスイッチ(図1、S3N)を設ける。サンプリング容量の放電用のスイッチS3P、S3NがONしているときに、(+)側アナログ入力信号VINP、(−)側アナログ入力信号VINNと容量DACのボトムプレートを切り離すスイッチS2P、S2Nを設ける。アナログ入力信号のサンプリング時に(+)側トッププレートTOP+の電位と、(−)側側トッププレートTOP−の電位を等しくするためのスイッチS1を設ける。   Other configurations and operations of the present embodiment are the same as those of the first embodiment. That is, in FIG. 4, among the differential capacitors DAC, the potentials of the top plate TOP + and the bottom plate (terminals connected to the switches C1 to C6) of the (+) side capacitor DAC are equalized, and the sampling capacitor of the (+) side capacitor DAC. Of the switch (Fig. 1, S3P), the potential of the top plate TOP- and the bottom plate (terminal connected to the switches C7 to C12) of the (-) side capacitor DAC are equalized, and the sampling of the (-) side capacitor DAC A switch (FIG. 1, S3N) for discharging the capacitance is provided. When the sampling capacitors discharging switches S3P and S3N are ON, the (+) side analog input signal VINP and the (−) side analog input signal VINN and the switches S2P and S2N for separating the bottom plate of the capacitor DAC are provided. A switch S1 is provided for equalizing the potential of the (+) side top plate TOP + and the potential of the (−) side top plate TOP− during sampling of the analog input signal.

そして、本実施形態では、スイッチS2P、S2Nのゲート容量から注入される電荷と逆の電荷をNODE1、NODE2に供給するカップリング容量NM7、PM7、NM8、PM8(図4)を設け、スイッチS2P、S2Nの制御信号と逆相の信号(NG7、PG7、NG8、PG8)で、容量NM7、PM7、NM8、PM8を駆動することで、ス
イッチS2P、S2Nから注入される電荷を打ち消して、内部のノードNODE1、NODE2の電位が電源電圧範囲を超えないように制御できる。これにより、スイッチS3P、S3Nを通して、トッププレートTOP+、TOP−に電流が流れないようにすることができ、トッププレートTOP+、TOP−の電荷が失われることがないので、正しい変換結果が得られる。
In the present embodiment, coupling capacitors NM7, PM7, NM8, and PM8 (FIG. 4) that supply NODE1 and NODE2 with charges opposite to those injected from the gate capacitors of the switches S2P and S2N are provided, and the switches S2P, By driving the capacitors NM7, PM7, NM8, and PM8 with signals (NG7, PG7, NG8, and PG8) that are opposite in phase to the control signal of S2N, the charges injected from the switches S2P and S2N are canceled, and the internal nodes Control can be performed so that the potentials of NODE1 and NODE2 do not exceed the power supply voltage range. Accordingly, it is possible to prevent current from flowing through the top plates TOP + and TOP− through the switches S3P and S3N, and the charges on the top plates TOP + and TOP− are not lost, so that a correct conversion result is obtained.

<構成>
図4のSW2からSW5、SW8からSW11、SW15、SW16、SW19からSW22、S1、S2P、S2N、S3P、S3N、S4はスイッチを、C1からC12は容量を、VINPは(+)のアナログ入力を、VINNは(−)のアナログ入力を、TOP+は容量アレイの+側トッププレートを、TOP−は容量アレイの−側トッププレートを、Vrefpは+側の基準電位(例えば、5V)を、Vrefnは−側の基準電位(例えば、0V)を、CINP、CINNはコンパレータの入力を、NODE1、NODE2は内部のノードを、(+)側容量DACはC1からC6の容量アレイで構成されるDACを、(−)側容量DACはC7からC12の容量アレイで構成されるDACを、NM7、NM8はNMOSトランジスタを、PM7、PM8はPMOSトランジスタを、NG7、PG7、NG8、PG8はそれぞれNM7、PM7、NM8、PM8の制御のためのゲート信号を、示す。図4でも、図19、図20、図1の回路要素に対応する部分、同じ働きをする素子には同じ素子名等を与えて示している。
<Configuration>
In FIG. 4, SW2 to SW5, SW8 to SW11, SW15, SW16, SW19 to SW22, S1, S2P, S2N, S3P, S3N, and S4 are switches, C1 to C12 are capacitors, and VINP is a (+) analog input. , VINN is the (−) analog input, TOP + is the + side top plate of the capacitor array, TOP− is the −side top plate of the capacitor array, Vrefp is the + side reference potential (for example, 5V), and Vrefn is − Side reference potential (for example, 0V), CINP and CINN are comparator inputs, NODE1 and NODE2 are internal nodes, and the (+) side capacitor DAC is a DAC composed of a capacitor array of C1 to C6. The (−) side capacitor DAC is a DAC composed of a capacitor array of C7 to C12, and NM7 and NM8 are NMOS transistors. , PM7, PM8 is a PMOS transistor, NG7, PG 7, NG8, the PG 8 is a gate signal for each NM7, PM7, NM8, PM8 control shows. Also in FIG. 4, portions corresponding to the circuit elements in FIGS. 19, 20, and 1, and elements having the same functions are given the same element names.

容量Ca(aは整数)に併記されたbC(bは整数)の値はそれぞれの容量の大きさの相対関係を示し、1C、2C、4C、8C、16C(等)、に示されるように重み付けがされている。図4のC1からC12が4ビットDACを構成している。   The value of bC (b is an integer) written together with the capacitance Ca (a is an integer) indicates the relative relationship between the sizes of the respective capacitances, as shown in 1C, 2C, 4C, 8C, 16C (etc.). Weighted. C1 to C12 in FIG. 4 constitute a 4-bit DAC.

図4に図示されるスイッチの状態は、容量DACのサンプリング状態を示している。サンプリング時には、C1からC6にVINPの電位が充電され、C7からC12にVINNの電位が充電される。   The state of the switch illustrated in FIG. 4 indicates the sampling state of the capacitor DAC. At the time of sampling, the potential of VINP is charged from C1 to C6, and the potential of VINN is charged from C7 to C12.

図4の回路は、主要な部分は図1の回路と同じで、図4の回路が図1の回路と異なる点は、NMOSトランジスタNM7、NM8、PMOSトランジスタPM7、PM8が付加されている点にある。そこで、本実施形態では、NMOSトランジスタNM7、NM8、PMOSトランジスタPM7、PM8の働きを中心に説明する。特に説明しない部分は、図1の回路と同様に動作するものとする。   The main part of the circuit of FIG. 4 is the same as the circuit of FIG. 1. The circuit of FIG. 4 differs from the circuit of FIG. 1 in that NMOS transistors NM7 and NM8 and PMOS transistors PM7 and PM8 are added. is there. Therefore, in the present embodiment, the operation of the NMOS transistors NM7 and NM8 and the PMOS transistors PM7 and PM8 will be mainly described. Parts not specifically described are assumed to operate in the same manner as the circuit of FIG.

NM7、PM7、NM8、PM8は、サンプリング終了後に、スイッチS2P、S2NをOFFする際、NODE1、NODE2の電位が電源電圧範囲を超えないように制御するための容量として働く。図4の回路例では、NM7、PM7、NM8、PM8とスイッチS4を併用する回路例を示したが、NM7、PM7、NM8、およびPM8だけを適用してもよい。また、第1実施形態で説明したように、S4単独で用いてもよい。   NM7, PM7, NM8, and PM8 function as capacitors for controlling the potentials of NODE1 and NODE2 so as not to exceed the power supply voltage range when the switches S2P and S2N are turned OFF after the sampling is completed. In the circuit example of FIG. 4, the circuit example in which NM7, PM7, NM8, PM8 and the switch S4 are used together is shown, but only NM7, PM7, NM8, and PM8 may be applied. Further, as described in the first embodiment, S4 may be used alone.

サンプリングの終了時点で、スイッチS1をオープン(開放)とし、スイッチSW2からSW5、SW19、SW21を、NODE1から見て、フローティングとする。また、スイッチSW8からSW11、SW20、SW22も、NODE2から見て、フローティングとする。さらに、スイッチS2P、S2NをOFFする。   At the end of sampling, the switch S1 is opened (opened), and the switches SW2 to SW5, SW19, and SW21 are floating as viewed from NODE1. The switches SW8 to SW11, SW20, and SW22 are also floating as viewed from NODE2. Further, the switches S2P and S2N are turned off.

図1の説明で述べたように、+側のアナログ入力VINPの電位が正の電源電圧に近い電位の場合、NODE1の電位は、スイッチS2Pを構成するPMOSトランジスタのゲート容量により、正の電源電圧を超えて上昇する可能性がある。VINPおよびNODE1が正の電源電圧(5V)に近く、かつ、スイッチS2Pがクローズ(導通、ゲートが負の電源電圧0V)の場合に、PMOSトランジスタのゲート直下に反転層が形成され、ゲ
ート酸化膜による容量がゲートとドレイン(およびソース)間に挿入されるからである。
As described in the description of FIG. 1, when the potential of the analog input VINP on the + side is a potential close to the positive power supply voltage, the potential of NODE1 is set to the positive power supply voltage due to the gate capacitance of the PMOS transistor constituting the switch S2P. There is a possibility to rise beyond. When VINP and NODE1 are close to the positive power supply voltage (5V) and the switch S2P is closed (conductive, the gate is the negative power supply voltage 0V), an inversion layer is formed immediately below the gate of the PMOS transistor, and the gate oxide film This is because the capacitance due to is inserted between the gate and drain (and source).

また、−側のアナログ入力VINNの電位が負の電源電圧に近い電位の場合、NODE2の電位は、S2Nを構成するNMOSトランジスタのゲート容量により、負の電源電圧を超えて低下する可能性がある。VINNおよびNODE2が負の電源電圧(0V)に近く、かつ、スイッチS2Nがクローズ(導通、ゲートが正の電源電圧5V)の場合に、NMOSトランジスタのゲート直下に反転層が形成され、ゲート酸化膜による容量がゲートとドレイン(およびソース)間に挿入されるからである。   In addition, when the potential of the negative analog input VINN is close to the negative power supply voltage, the potential of NODE2 may be lowered beyond the negative power supply voltage due to the gate capacitance of the NMOS transistor that constitutes S2N. . When VINN and NODE2 are close to the negative power supply voltage (0V) and the switch S2N is closed (conductive, gate is positive power supply voltage 5V), an inversion layer is formed immediately below the gate of the NMOS transistor, and the gate oxide film This is because the capacitance due to is inserted between the gate and drain (and source).

これを防ぐために、図1の回路では、S2P、S2NをOFFした後、NODE1とNODE2の電位を等しくするスイッチS4をONした。図4の回路では、スイッチS4に加えて、NMOSトランジスタNM7、NM8、PMOSトランジスタPM7、PM8を設けている。そして、スイッチS2P、S2NをOFFする際、NM7のゲート電位NG7をLからH(オン)とする。また、PM7のゲート電位PG7をHからL(オン)とする。同様に、NM8のゲート電位NG8をLからH(オン)とする。また、PM8のゲート電位PG8をHからL(オン)とする。   In order to prevent this, in the circuit of FIG. 1, after turning off S2P and S2N, the switch S4 for equalizing the potentials of NODE1 and NODE2 is turned on. In the circuit of FIG. 4, in addition to the switch S4, NMOS transistors NM7 and NM8 and PMOS transistors PM7 and PM8 are provided. When the switches S2P and S2N are turned OFF, the gate potential NG7 of NM7 is changed from L to H (ON). Further, the gate potential PG7 of PM7 is changed from H to L (ON). Similarly, the gate potential NG8 of NM8 is changed from L to H (ON). Further, the gate potential PG8 of PM8 is changed from H to L (ON).

PM7、NM7が本発明の第1調整MOSトランジスタに相当する。また、PM8、NM8が本発明の第2調整MOSトランジスタに相当する。また、PM7、PM8が本発明の第3MOSトランジスタに相当する。また、NM7、NM8が本発明の第4MOSトランジスタに相当する。   PM7 and NM7 correspond to the first adjustment MOS transistor of the present invention. PM8 and NM8 correspond to the second adjustment MOS transistor of the present invention. PM7 and PM8 correspond to the third MOS transistor of the present invention. NM7 and NM8 correspond to the fourth MOS transistor of the present invention.

スイッチS2Pを構成するPMOSのゲート容量と、PM7の容量をほぼ等しくしておけば、S2Pを構成するPMOSをOFFする際に、NODE1の電位を上昇させようとする電荷を、PG7をHからLとすることで相殺できる。同様に、スイッチS2Pを構成するNMOSのゲート容量と、NM7の容量をほぼ等しくしておけば、スイッチS2Pを構成するNMOSをOFFする際にNODE1に、S2Pから注入される電荷を、NG7をLからHとすることで相殺できる。   If the gate capacitance of the PMOS constituting the switch S2P and the capacitance of the PM7 are made substantially equal, when turning off the PMOS constituting the S2P, the charge to increase the potential of NODE1 is changed from H to L. This can be offset. Similarly, if the gate capacity of the NMOS constituting the switch S2P is substantially equal to the capacity of the NM7, the charge injected from the S2P to the NODE1 when turning off the NMOS constituting the switch S2P is set to L Can be offset by setting H to H.

スイッチS2Nを構成するPMOSのゲート容量と、PM8の容量をほぼ等しくしておけば、S2Nを構成するPMOSをOFFする際に、NODE2の電位を下降させようとする電荷を、PG8をHからLとすることで相殺できる。同様に、スイッチS2Nを構成するNMOSのゲート容量と、NM8の容量をほぼ等しくしておけば、S2Nを構成するNMOSをOFFする際にNODE2に、S2Nから注入される電荷を、NG8をLからHとすることで相殺できる。   If the gate capacitance of the PMOS constituting the switch S2N and the capacitance of the PM8 are substantially equal, when turning off the PMOS constituting the S2N, the charge to lower the potential of NODE2 is changed from H to L. This can be offset. Similarly, if the gate capacity of the NMOS constituting the switch S2N and the capacity of the NM8 are substantially equal, when the NMOS constituting the S2N is turned off, the charge injected from the S2N to the NODE2 is changed from the NG8 to the L. It can be offset by setting H.

このように、図4のNM7、PM7、NM8、PM8によっても、NODE1、NODE2の電位が電源電圧範囲を超えることがないようにできる。   As described above, the potentials of NODE1 and NODE2 can be prevented from exceeding the power supply voltage range also by NM7, PM7, NM8, and PM8 in FIG.

図1の説明では、一例として、S2P、S2Nを同時にOFFするものとして説明したが、S1をOFFし、SW2からSW5、SW19、SW21を、フローティングとし、SW8からSW11、SW20、SW22をフローティングとすることで、トッププレートTOP+、TOP−の電荷は保存される。したがって、S2P、S2Nの両方を必ずしもOFFとしなくても変換は可能である。また、S2P、S2NをOFFするタイミングは、サンプリングの終了時点以降であれば必要に応じて、遅い時刻とすることが可能である。さらに、S2P、S2NをOFFするタイミングは同時であることも必須ではない。   In the description of FIG. 1, as an example, S2P and S2N are described as being turned off simultaneously. However, S1 is turned off, SW2 to SW5, SW19, and SW21 are floating, and SW8 to SW11, SW20, and SW22 are floating. Thus, the electric charges of the top plates TOP + and TOP− are preserved. Therefore, conversion is possible without necessarily turning off both S2P and S2N. Moreover, if the timing which turns off S2P and S2N is after the completion | finish time of a sampling, it can be set as a late time as needed. Furthermore, it is not essential that the timings for turning off S2P and S2N are the same.

S2P、S2NがOFFする時刻が異なる時刻の場合には、S2PがOFFする時刻に、NM7のゲート電位NG7をLからHとする。また、そのとき、PM7のゲート電位PG7をHからLとする。S2NがOFFする時刻に、NM8のゲート電位NG8をLから
Hとする。また、そのとき、PM8のゲート電位PG8をHからLとする。
When the times when S2P and S2N are OFF are different, the gate potential NG7 of NM7 is changed from L to H at the time when S2P is OFF. At that time, the gate potential PG7 of PM7 is changed from H to L. At the time when S2N is turned OFF, the gate potential NG8 of NM8 is changed from L to H. At that time, the gate potential PG8 of PM8 is changed from H to L.

図1のS4をONすることで、S2P、S2NをOFFする直前のNODE1、NODE2の電位(すなわちアナログ入力電位VINP、VINN)のどちらか一方が、正の電源電圧に近い電位、あるいは、負の電源電圧に近い電位となっていても、NODE1、NODE2の電位差がある程度大きければ、NODE1、NODE2の電位は電源電圧範囲を超えないようにできる。   By turning ON S4 in FIG. 1, one of the potentials of NODE1 and NODE2 (that is, the analog input potential VINP and VINN) immediately before turning off S2P and S2N is a potential close to the positive power supply voltage or negative Even if the potential is close to the power supply voltage, the potential of NODE1 and NODE2 can be prevented from exceeding the power supply voltage range if the potential difference between NODE1 and NODE2 is large to some extent.

しかし、例えば、VINP、VINNの電位がともに、負の電源電圧に近い電位で、かつ、その電位差が小さい場合には、S4の効果は小さい。図6の回路のように、S2P、S2Nから注入される電荷を相殺する容量NM7、PM7、NM8、PM8を用いることで、VINP、VINNがともに、例えば、0Vの場合でも、NODE1、NODE2の電位を電源電圧範囲内に制御することができるようになる。NM7、PM7、NM8、PM8とS4を併用すれば、より設計がしやすくなることはいうまでもない。   However, for example, when the potentials of VINP and VINN are both close to the negative power supply voltage and the potential difference is small, the effect of S4 is small. By using the capacitors NM7, PM7, NM8, and PM8 that cancel the charges injected from S2P and S2N as in the circuit of FIG. 6, even when both VINP and VINN are 0 V, for example, the potentials of NODE1 and NODE2 Can be controlled within the power supply voltage range. Needless to say, if NM7, PM7, NM8, PM8 and S4 are used in combination, the design becomes easier.

同様に、例えば、VINP、VINNの電位がともに、正の電源電圧に近い電位で、かつ、その電位差が小さい場合に、S2P、S2Nから注入される電荷を相殺する容量NM7、PM7、NM8、PM8を用いることで、NODE1、NODE2の電位を電源電圧範囲内に制御することができる。   Similarly, for example, when the potentials of VINP and VINN are both close to a positive power supply voltage and the potential difference is small, capacitors NM7, PM7, NM8, and PM8 that cancel out charges injected from S2P and S2N. By using this, the potentials of NODE1 and NODE2 can be controlled within the power supply voltage range.

以上説明したように、図4の回路構成によっても、図1の回路同様、S4、NM7、PM7、NM8、PM8により、NODE1、NODE2の電位が電源電圧範囲を超えることが抑制される。そのため、S3P、S3Nを通した、トッププレートTOP+、TOP−の電荷の破壊を避けることができ、電源電圧範囲のアナログ入力信号を変換する場合でも、正しい変換結果が得られるようになる。   As described above, the circuit configuration of FIG. 4 also suppresses the potentials of NODE1 and NODE2 from exceeding the power supply voltage range by S4, NM7, PM7, NM8, and PM8, as in the circuit of FIG. Therefore, it is possible to avoid the destruction of the charges of the top plates TOP + and TOP− through S3P and S3N, and a correct conversion result can be obtained even when converting an analog input signal in the power supply voltage range.

NM7、PM7、NM8、PM8以外は図1の回路と同じ回路なので、図1の回路同様、差動アナログ入力信号を、符号を仮定して(VINP>VINNを前提として)、デジタル値に変換する動作が実現でき、符号判定のための比較サイクルを省略することができ、その分、変換時間を高速化できる。   Since the circuits other than NM7, PM7, NM8, and PM8 are the same as the circuit of FIG. 1, the differential analog input signal is converted into a digital value by assuming a sign (assuming VINP> VINN) as in the circuit of FIG. The operation can be realized, the comparison cycle for code determination can be omitted, and the conversion time can be increased accordingly.

《第3実施形態》
図5および図6は、本発明の第3実施形態に係るAD変換器を示す回路図である。図5のSW2からSW5、SW8からSW11、SW13からSW16、SW19からSW22、S1、S2P、S2N、S3P、S3N、S4はスイッチを、C1からC12は容量を、VINPは(+)のアナログ入力を、VINNは(−)のアナログ入力を、TOP+は容量アレイの+側トッププレートを、TOP−は容量アレイの−側トッププレートを、Vrefpは+側の基準電位(例えば、5V)を、Vrefnは−側の基準電位(例えば、0V)を、COMP1はコンパレータを、CINP、CINNはコンパレータの入力を、COUT1はコンパレータ出力を、VCMはサンプリング時のコンパレータ入力のバイアス電位を、NODE1、NODE2は内部のノードを、(+)側容量DACはC1からC6の容量アレイで構成されるDACを、(−)側容量DACはC7からC12の容量アレイで構成されるDACを、示す。また、図6のRDACP、RDACNは抵抗DAC出力を、RDAC1は抵抗DACを、RD0からRD7は抵抗を、NRD1からNRD7は抵抗DACの内部のノードを、SEL1、SEL2はセレクタを、示す。図5において、図1、図4等の回路要素に対応する部分、同じ働きをする素子には同じ素子名等を与えて示している。
<< Third Embodiment >>
5 and 6 are circuit diagrams showing an AD converter according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 5, SW2 to SW5, SW8 to SW11, SW13 to SW16, SW19 to SW22, S1, S2P, S2N, S3P, S3N, and S4 are switches, C1 to C12 are capacitors, and VINP is a (+) analog input. , VINN is the (−) analog input, TOP + is the + side top plate of the capacitor array, TOP− is the −side top plate of the capacitor array, Vrefp is the + side reference potential (for example, 5V), and Vrefn is -Side reference potential (for example, 0V), COMP1 is a comparator, CINP and CINN are comparator inputs, COUT1 is a comparator output, VCM is a bias potential of the comparator input at the time of sampling, NODE1 and NODE2 are internal The node is composed of a capacitor array of C1 to C6 on the (+) side capacitor DAC The DAC that, (-) side capacitance DAC is a DAC composed of a capacitor array of the C12 from the C7, shown. In FIG. 6, RDACP and RDACN indicate resistor DAC outputs, RDAC1 indicates a resistor DAC, RD0 to RD7 indicate resistors, NRD1 to NRD7 indicate internal nodes of the resistor DAC, and SEL1 and SEL2 indicate selectors. In FIG. 5, parts corresponding to the circuit elements in FIGS. 1 and 4 and elements having the same function are given the same element names.

抵抗DACとは、デジタルデータに対応する抵抗で分圧された電圧を取り出すことによりアナログデータを生成する回路をいう。   The resistor DAC is a circuit that generates analog data by taking out a voltage divided by a resistor corresponding to digital data.

容量Ca(aは整数)に併記されたbC(bは整数)の値はそれぞれの容量の大きさの相対関係を示し、1C、2C、4C、8C、16C(等)、に示されるように重み付けがされている。図5のC1からC12が4ビットDACを構成している。また、図5の回路では、図1の回路と同様スイッチS4だけを図示しているが、第2実施形態(図4)で説明したNMOSトランジスタNM7、NM8、および、PMOSトランジスタPM7、PM8を用いることもできる。NM7、PM7、NM8、PM8を、図5から省略しているのは、図を簡単にする目的のためである。したがって、図5も含め以下の図においてもスイッチS4を使用する部分には、S4の代わりに、NMOSトランジスタNM7、NM8、および、PMOSトランジスタPM7、PM8を用いてもよい。また、S4とNM7、PM7、NM8、PM8とを併用してもよい。   The value of bC (b is an integer) written together with the capacitance Ca (a is an integer) indicates the relative relationship between the sizes of the respective capacitances, as shown in 1C, 2C, 4C, 8C, 16C (etc.). Weighted. C1 to C12 in FIG. 5 constitute a 4-bit DAC. Further, in the circuit of FIG. 5, only the switch S4 is illustrated as in the circuit of FIG. 1, but the NMOS transistors NM7 and NM8 and the PMOS transistors PM7 and PM8 described in the second embodiment (FIG. 4) are used. You can also NM7, PM7, NM8, and PM8 are omitted from FIG. 5 for the purpose of simplifying the drawing. Accordingly, in the following drawings including FIG. 5, NMOS transistors NM7 and NM8 and PMOS transistors PM7 and PM8 may be used in place of S4 in the portion using the switch S4. Further, S4 and NM7, PM7, NM8, PM8 may be used in combination.

本実施形態(図5および図6)の回路が、図1、図4の回路と異なる点は、図1、図4の回路では、(例として4ビット)容量DACのみでAD変換回路が構成されていたのに対して、本実施形態の回路では、上位ビットを容量DACで決定し、下位ビットを抵抗DACで決定するCRダブルステージDACでAD変換を行なうよう回路が構成されている点である。図5および図6に示すように、容量と抵抗の複合DACに対しても、本発明の考え方を適用できる。   The circuit of the present embodiment (FIGS. 5 and 6) is different from the circuits of FIGS. 1 and 4 in that the AD converter circuit is configured by only a capacitor DAC (for example, 4 bits) in the circuits of FIGS. In contrast, the circuit of the present embodiment is configured such that the AD conversion is performed by the CR double stage DAC in which the upper bit is determined by the capacitor DAC and the lower bit is determined by the resistor DAC. is there. As shown in FIGS. 5 and 6, the concept of the present invention can be applied to a composite DAC of capacitance and resistance.

図5および図6の回路の動作で、図1の回路、図4の回路の動作と同じ部分は説明を省略し、構成の異なる部分を中心に説明する。図1の回路では、アナログ入力に相当するデジタルコードを検索する場合に、C1のボトムプレートはVrefnに、C6のボトムプレートはVrefpに固定して、C2からC5のボトムプレートを、対応するデジタル値が1ならVrefpに、対応するデジタル値が0ならVrefnに接続していた(−側の容量DACは+側容量DACと対称に、対応するデジタル値が1ならVrefnに、対応するデジタル値が0ならVrefpに接続し、C7についても、C1と対称にボトムプレートをVrefpに固定し、C12についてもC6と対称にボトムプレートをVrefnに固定していた)。   In the operation of the circuits of FIGS. 5 and 6, the description of the same parts as those of the circuit of FIG. 1 and the circuit of FIG. In the circuit of FIG. 1, when searching for a digital code corresponding to an analog input, the bottom plate of C1 is fixed to Vrefn, the bottom plate of C6 is fixed to Vrefp, and the bottom plates of C2 to C5 are connected to corresponding digital values. Is connected to Vrefp if the corresponding digital value is 0 (the negative side capacitor DAC is symmetrical to the positive side capacitor DAC, and if the corresponding digital value is 1, the corresponding digital value is 0. If it is connected to Vrefp, the bottom plate is fixed to Vrefp symmetrically with C1 for C7, and the bottom plate is fixed to Vrefn symmetrically with C6 for C12).

図1の回路のように1段の容量DACだけで、AD変換回路を構成しようとすると、例えば10ビットの分解能が必要な場合には、片側だけで2048個の単位容量が必要となり、占有面積が大きくなる問題があった。この占有面積の問題はDACをダブルステージDACとすることで解決できる。ダブルステージDACと、本発明の考え方を組み合わせる例を、図5に示す。   As shown in FIG. 1, when an AD converter circuit is configured with only one stage of DAC, for example, when 10-bit resolution is required, 2048 unit capacitors are required on one side only, There was a problem that would increase. The problem of the occupied area can be solved by making the DAC a double stage DAC. An example of combining the double stage DAC and the idea of the present invention is shown in FIG.

図5のように、C1のボトムプレートに抵抗DAC出力RDACPを接続することで、CRダブルステージDACを構成することができる。また、−側容量DACのC7のボトムプレートに抵抗DAC出力RDACNを接続することで、−側容量DACについても、CRダブルステージDACを構成することができる。   As shown in FIG. 5, a CR double stage DAC can be configured by connecting the resistor DAC output RDACP to the bottom plate of C1. Further, by connecting the resistor DAC output RDACN to the C7 bottom plate of the negative side capacitor DAC, a CR double stage DAC can also be configured for the negative side capacitor DAC.

図6のRDAC1は下位3ビットを変換するための抵抗DACの一例を示し、単位抵抗RD0からRD7により基準電圧(VrefpとVrefnの電位差)を8等分する(低い電位から順番にNRD1からNRD7まで符号を与えた)。SEL1はVrefnと、抵抗DACの内部ノードNRD1からNRD7のうちの1つの電位を入力デジタル値により選択し、RDACPに出力する(最も素直に構成すると、入力デジタル値が000のときに、Vrefnを出力し、デジタル値が大きくなるにしたがって、NRD7までの値を出力する)。   RDAC1 in FIG. 6 shows an example of a resistor DAC for converting the lower 3 bits. The unit resistors RD0 to RD7 divide the reference voltage (potential difference between Vrefp and Vrefn) into 8 equal parts (from the lower potential in order from NRD1 to NRD7). Gave the sign). SEL1 selects Vrefn and the potential of one of the internal nodes NRD1 to NRD7 of the resistor DAC based on the input digital value, and outputs it to RDACP (in the most straightforward configuration, Vrefn is output when the input digital value is 000. As the digital value increases, values up to NRD7 are output).

SEL2はVrefpとNRD7からNRD1までの電位のうちの1つの電位を入力デジタル値により選択し、RDACNに出力する(RDACPと対称に、入力デジタル値が
000のときに、Vrefpを出力し、デジタル値が大きくなるにしたがって、しだいに低い電位、NRD1までの値を出力する)。
SEL2 selects one of the potentials Vrefp and NRD7 to NRD1 based on the input digital value, and outputs it to RDACN (in contrast to RDACP, when the input digital value is 000, Vrefp is output and the digital value is output. As the value increases, the potential is gradually lowered to a value up to NRD1).

C1のボトムプレートに抵抗DAC出力RDACPを接続し、−側容量DACのC7のボトムプレートに抵抗DAC出力RDACNを接続することで、抵抗DAC出力RDACP、RDACNが、トッププレート電位に与える影響を、容量DACのビット数相当分、小さくでき、図5、図6の場合は4ビット容量DACと3ビット抵抗DACで、合計7ビットのDACとして動作させることができる。これは、例えば、(+)側容量DACの合計サンプリング容量に対して、1/32の大きさを持つ単位容量1Cを介して、抵抗DAC出力をトッププレート電位TOP+に加算するためである。   By connecting the resistor DAC output RDACP to the bottom plate of C1 and connecting the resistor DAC output RDACN to the C7 bottom plate of the negative side capacitor DAC, the influence of the resistor DAC outputs RDACP and RDACN on the top plate potential can be reduced. The number of DACs can be reduced by an amount corresponding to the number of bits. In the case of FIGS. This is because, for example, the resistor DAC output is added to the top plate potential TOP + via the unit capacitor 1C having a magnitude of 1/32 with respect to the total sampling capacitor of the (+) side capacitor DAC.

ところで、図1の説明で用いた式(19)から式(23)から分かるように、入力したアナログ電位は、片側のDACだけを考えたときには、1/2になっている。すなわち、片側の容量DACに着目すれば、入力電位差VINP−VINNの1/2の振幅の信号と、基準電位差Vrefp−Vrefnの1/2の振幅の信号とを比較する式となっている。これを両側の容量DACの出力信号の差(+側TOP+と、−側TOP−の電位差)を考慮すると、入力電位差VINP−VINNの信号と、基準電位差Vrefp−Vrefnの信号とを比較する式となっている。   By the way, as can be seen from the equations (19) to (23) used in the description of FIG. 1, the input analog potential is ½ when only one DAC is considered. That is, paying attention to the one-side capacitor DAC, the equation is a comparison between a signal having a half amplitude of the input potential difference VINP−VINN and a signal having a half amplitude of the reference potential difference Vrefp−Vrefn. In consideration of the difference between the output signals of the capacitive DACs on both sides (the potential difference between the + side TOP + and the −side TOP−), an equation for comparing the signal of the input potential difference VINP−VINN and the signal of the reference potential difference Vrefp−Vrefn It has become.

したがって、1/32の大きさに減衰させられた、抵抗DAC出力(RDACP、RDACN)は、TOP+、TOP−にとって1/16に減衰していることに相当し、4ビット容量DACのビット数分重みが小さくなっている。これにより、図5のDACは合計7ビットのDACとして働くことになる。   Therefore, the resistance DAC output (RDACP, RDACN) attenuated to 1/32 is equivalent to being attenuated to 1/16 for TOP + and TOP−, corresponding to the number of bits of the 4-bit capacitor DAC. The weight is small. As a result, the DAC of FIG. 5 works as a 7-bit DAC in total.

図5および図6のように、DACを容量と抵抗で構成されるダブルステージDACとしても、図1の回路で示した、スイッチS2P、S2N、S1、S3P、S3N、S4で構成される回路部分とその動作に変更は必要ないので、図1、図4の回路と同様の効果が図5の回路においても得られる。   As shown in FIGS. 5 and 6, even if the DAC is a double-stage DAC including a capacitor and a resistor, the circuit portion including the switches S2P, S2N, S1, S3P, S3N, and S4 shown in the circuit of FIG. Since the operation of the circuit does not need to be changed, the same effect as that of the circuits of FIGS.

以上説明したように、CRダブルステージDACを用いた場合でも、本発明が適用できる。すなわち、スイッチS4(あるいはNMOSトランジスタNM7、NM8、およびPMOSトランジスタPM7、PM8)とスイッチS1、S2P、S2N、S3P、S3Nの組み合わせによるNODE1およびNODE2の電位変動抑制技術がそのまま適用できる。したがって、占有面積を小さく抑えられるダブルステージDACの利点と、電源電圧範囲のアナログ入力信号を変換する場合でも、正しい変換結果が得られる特性と、符号判定のための比較サイクルを省略することによる変換時間の高速化とを両立できる。   As described above, the present invention can be applied even when a CR double stage DAC is used. That is, the potential fluctuation suppressing technology of NODE1 and NODE2 by the combination of the switch S4 (or NMOS transistors NM7, NM8 and PMOS transistors PM7, PM8) and the switches S1, S2P, S2N, S3P, S3N can be applied as it is. Therefore, the advantage of the double-stage DAC that can occupy a small area, the characteristics that a correct conversion result can be obtained even when converting an analog input signal in the power supply voltage range, and the conversion by omitting the comparison cycle for sign determination Both speeding up of time can be achieved.

《第4実施形態》
図7および図8は、本発明の第4実施形態に係るAD変換器を示す回路図である。図7のSW2からSW5、SW8からSW11、SW15、SW16、SW19からSW24、S1、S2P、S2N、S3P、S3N、S4はスイッチを、C1からC14は容量を、TOP+は容量アレイの+側トッププレートを、TOP−は容量アレイの−側トッププレートを、Vrefpは+側の基準電位(例えば、5V)を、Vrefnは−側の基準電位(例えば、0V)を、CINP、CINNはコンパレータの入力を、NODE1、NODE2は内部のノードを、(+)側容量DACはC1からC6、C13の容量アレイで構成されるDACを、(−)側容量DACはC7からC12、C14の容量アレイで構成されるDACを、示す。また、図8のRDACLP、RDACUP、RDACLN、RDACUNは抵抗DAC出力を、VOFFP、VOFFNは変換結果にオフセットを与えるためのバイアス電位を、RDAC2は抵抗DACを、RU1からRU14、RH1からRH8は抵抗を、NRU1からNRU4、NRU8、NRU12からNRU15は抵抗DAC
の内部のノードを、SEL3、SEL4、SEL5、SEL6はセレクタを、示す。
<< 4th Embodiment >>
7 and 8 are circuit diagrams showing an AD converter according to the fourth embodiment of the present invention. In FIG. 7, SW2 to SW5, SW8 to SW11, SW15, SW16, SW19 to SW24, S1, S2P, S2N, S3P, S3N, S4 are switches, C1 to C14 are capacities, TOP + is the + side top plate of the capacity array TOP− is the negative side top plate of the capacitor array, Vrefp is the positive side reference potential (for example, 5V), Vrefn is the negative side reference potential (for example, 0V), and CINP and CINN are the inputs of the comparator. , NODE1 and NODE2 are internal nodes, the (+) side capacitor DAC is a DAC composed of C1 to C6 and C13 capacitor arrays, and the (−) side capacitor DAC is composed of C7 to C12 and C14 capacitor arrays. The DAC is shown. In FIG. 8, RDACLP, RDACUP, RDACLN, and RDACUN indicate resistance DAC outputs, VOFFP and VOFFN indicate bias potentials for giving an offset to the conversion result, RDAC2 indicates resistance DAC, RU1 to RU14, and RH1 to RH8 indicate resistances. , NRU1 to NRU4, NRU8, NRU12 to NRU15 are resistance DACs
SEL3, SEL4, SEL5, and SEL6 indicate selectors.

図1、図4、図5等の回路要素に対応する部分、同じ働きをする素子には同じ名称を与えて示している。また、図を簡単にするために、VINP、VINN、S2P、S2N、コンパレートCOMP1等、一部図から省略している部分があるが、省略した部分は、特に断らない場合は、図1、図4、図6等と同じ構成になっているものとする。   Parts corresponding to circuit elements in FIGS. 1, 4, 5, etc., and elements having the same functions are given the same names. In order to simplify the drawing, there are some parts omitted from the drawing, such as VINP, VINN, S2P, S2N, and comparator COMP1, but the omitted parts are shown in FIG. Assume that the configuration is the same as in FIGS.

容量Ca(aは整数)に併記されたbC(bは整数)の値はそれぞれの容量の大きさの相対関係を示し、1C、2C、4C、8C、16C(等)、に示されるように重み付けがされている。   The value of bC (b is an integer) written together with the capacitance Ca (a is an integer) indicates the relative relationship between the sizes of the respective capacitances, as shown in 1C, 2C, 4C, 8C, 16C (etc.). Weighted.

図5および図6の回路では、C1、C7のボトムプレートに抵抗DAC出力を供給する回路例を示したが、図7および図8の回路では、C1、C7に加えて、C13、C14を設けて、C1、C13、C7、C14のボトムプレートに抵抗DAC出力を供給し、C1、C7あるいは、C13、C14によりそれぞれの抵抗DAC出力を容量により加算する回路例を示した。本実施形態では、図7および図8のような回路構成においても、スイッチS1、S2P、S2N、S3P、S3N、S4(およびNM7、PM7、NM8、PM8)の構成に変更を加えることなく、本発明を同様に適用できることを示す。   5 and 6 show examples of supplying the resistor DAC output to the bottom plates of C1 and C7. In the circuits of FIGS. 7 and 8, C13 and C14 are provided in addition to C1 and C7. In this example, the resistor DAC output is supplied to the bottom plates of C1, C13, C7, and C14, and the respective resistor DAC outputs are added by the capacitors using C1, C7, or C13 and C14. In this embodiment, even in the circuit configurations as shown in FIGS. 7 and 8, the configuration of the switches S1, S2P, S2N, S3P, S3N, S4 (and NM7, PM7, NM8, PM8) is not changed. It shows that the invention is equally applicable.

図7の回路が、図5等の回路と異なる点は、図5等の回路では、上位ビットを容量DACで決定し、下位ビットを単独の抵抗DACで決定する構成だったのに対して、図7では、さらに別の抵抗DAC出力を加算するための容量C13、C14が設けられている点である。   The circuit of FIG. 7 is different from the circuit of FIG. 5 or the like in the circuit of FIG. 5 or the like in which the upper bit is determined by the capacitor DAC and the lower bit is determined by a single resistor DAC. In FIG. 7, capacitors C13 and C14 for adding another resistor DAC output are provided.

図7および図8の回路の動作で、図5および図6の回路の動作と同じ部分は説明を省略し、構成の異なる部分を中心に説明する。   In the operation of the circuits of FIGS. 7 and 8, the description of the same parts as those of the circuits of FIGS.

まず、図8により、抵抗DACの構成について説明する。図8のRDAC2は下位4ビットを変換するための抵抗DACとして働く。RU1からRU14、RH1からRH8は同じ抵抗値を持つ単位抵抗を表わしている。RH1からRH4は単位抵抗を2つ並列接続したものを直列接続しているので、結局4つの抵抗で1つの単位抵抗と等価となる。RH5からRH8についても同様に4つの抵抗で合成抵抗は、単位抵抗と等価となる。したがって、RU1からRU14とRH1からRH8で、基準電圧(VrefpとVrefnの電位差)は16等分される。抵抗DACの内部ノードには、電位の低い順にNRUe(eは整数)という符号を与えた。ここで、NRUeのeは、16等分した基準電位のe/16の電位に対応している。   First, the configuration of the resistor DAC will be described with reference to FIG. RDAC2 in FIG. 8 functions as a resistor DAC for converting the lower 4 bits. RU1 to RU14 and RH1 to RH8 represent unit resistors having the same resistance value. Since RH1 to RH4 are connected in series with two unit resistors connected in parallel, four resistors are eventually equivalent to one unit resistor. Similarly for RH5 to RH8, the combined resistance is equivalent to the unit resistance with four resistors. Therefore, the reference voltage (potential difference between Vrefp and Vrefn) is divided into 16 equal parts by RU1 to RU14 and RH1 to RH8. NRUe (e is an integer) is given to the internal node of the resistor DAC in ascending order of potential. Here, e of NRUe corresponds to e / 16 of the reference potential divided into 16 equal parts.

RH5からRH8でNRU15とVrefpの電位差をさらに2分割したVOFFNは、Vrefpから、(Vrefp−Vrefn)/32低い電位となる。同様に、RH1からRH4で、NRU1とVrefnの電位差をさらに2分割したVOFFPは、Vrefnから、(Vrefp−Vrefn)/32高い電位となる。   VOFFN obtained by further dividing the potential difference between NRU15 and Vrefp by RH5 to RH8 into two becomes (Vrefp−Vrefn) / 32 lower potential than Vrefp. Similarly, VOFFP obtained by further dividing the potential difference between NRU1 and Vrefn by RH1 to RH4 into two becomes (Vrefp−Vrefn) / 32 higher potential than Vrefn.

RDAC2は4ビットのデジタル信号を入力して、上位2ビットに相当する電位をRDACUNとRDACUPに出力し、また下位2ビットに相当する電位をRDACLNと、RDACLPに出力する4ビット入力4出力DAC回路として動作する。   RDAC2 receives a 4-bit digital signal, outputs a potential corresponding to the upper 2 bits to RDACUN and RDACUP, and outputs a potential corresponding to the lower 2 bits to RDACLN and RDACLP. Works as.

Vrefn、NRU1、NRU2、NRU3の電位から1つがSEL5により選択されて、RDACLPに出力される。RDAC2の入力下位2ビットが00のときには、Vrefnが出力され、01、10、11に対応してそれぞれ、より高い電位NRU1、NRU2、NRU3が選択される。   One of the potentials of Vrefn, NRU1, NRU2, and NRU3 is selected by SEL5 and output to RDACLP. When the lower two input bits of RDAC2 are 00, Vrefn is output, and higher potentials NRU1, NRU2, and NRU3 are selected corresponding to 01, 10, and 11, respectively.

RDACLNはRDACLPと対称な電位を出力する。Vrefp、NRU15、NRU14、NRU13の電位から1つがSEL4により選択されて、RDACLNに出力される。RDAC2の入力下位2ビットが00のときには、Vrefpが出力され、01、10、11に対応してそれぞれ、より低い電位NRU15、NRU14、NRU13が選択される。   RDACLN outputs a potential symmetrical to RDACLP. One of the potentials of Vrefp, NRU15, NRU14, and NRU13 is selected by SEL4 and output to RDACLN. When the input lower 2 bits of RDAC2 are 00, Vrefp is output, and lower potentials NRU15, NRU14, and NRU13 are selected corresponding to 01, 10, and 11, respectively.

次に、RDACUPの電位について説明する。Vrefn、NRU4、NRU8、NRU12の電位から1つがSEL6により選択されて、RDACUPに出力される。RDAC2の入力上位2ビットが00のときには、Vrefnが出力され、01、10、11に対応してそれぞれ、より高い電位NRU4、NRU8、NRU12が選択される。   Next, the potential of RDACUP will be described. One of the potentials of Vrefn, NRU4, NRU8, and NRU12 is selected by SEL6 and output to RDACUP. When the input upper 2 bits of RDAC2 are 00, Vrefn is output, and higher potentials NRU4, NRU8, and NRU12 are selected corresponding to 01, 10, and 11, respectively.

次に、RDACUNの電位について説明する。RDACUNはRDACUPと対称な電位を出力する。Vrefp、NRU12、NRU8、NRU4の電位から1つがSEL3により選択されて、RDACUNに出力される。RDAC2の入力上位2ビットが00のときには、Vrefpが出力され、01、10、11に対応してそれぞれ、より低い電位NRU12、NRU8、NRU4が選択される。   Next, the potential of RDACUN will be described. RDACUN outputs a potential symmetrical to RDACUP. One of the potentials Vrefp, NRU12, NRU8, and NRU4 is selected by SEL3 and output to RDACUN. When the upper two input bits of RDAC2 are 00, Vrefp is output, and lower potentials NRU12, NRU8, and NRU4 are selected corresponding to 01, 10, and 11, respectively.

このような特性を持った、RDACUP、RDACLP、RDACUN、RDACLNを図7のように容量DACの最小の容量C1、C13、C7、C14のボトムプレートに供給することで、抵抗DAC出力を容量加算するCRダブルステージDACを構成することができる。   By supplying RDACUP, RDACLP, RDACUN, and RDACLN having such characteristics to the bottom plates of the minimum capacitors C1, C13, C7, and C14 of the capacitor DAC as shown in FIG. 7, the resistor DAC output is added to the capacitor. A CR double stage DAC can be constructed.

図7のC1、C7は、図5の回路のC1、図1の回路のC1、C7同様、サンプリング容量としても働く。これと並列にC13、C14を設ける。このC13、C14はVINP、VINNをサンプリングする容量ではないので、容量DACの動作自体は、C1からC12を考えると図5の回路と等価となる。   C1 and C7 in FIG. 7 also function as sampling capacitors, like C1 in the circuit in FIG. 5 and C1 and C7 in the circuit in FIG. C13 and C14 are provided in parallel with this. Since C13 and C14 are not capacitors for sampling VINP and VINN, the operation of the capacitor DAC itself is equivalent to the circuit of FIG. 5 considering C1 to C12.

図7の回路は、これらの回路部分にC13、C14が付加されて、トッププレート電位TOP+とTOP−の電位にC13、C14でRDACLPの電位とRDACLNの電位を加算していると考えることができる。   In the circuit of FIG. 7, C13 and C14 are added to these circuit portions, and it can be considered that the potential of RDACLP and the potential of RDACLN are added to the potentials of the top plate potential TOP + and TOP− at C13 and C14. .

図1あるいは、図5において、トッププレートと所定の電位との間に寄生容量があったとしても、TOP+とTOP−で、その寄生容量が等しければ、結果に影響を与えない。つまり、容量DACの動作は、図7において、C13、C14がある場合とない場合で、大筋で一致する。これらのことから、C13、C14を別途設けて、そのボトムプレートに抵抗DAC出力を加えて、トッププレートTOP+とTOP−に、RDACLPの電位とRDACLNの電位を(全体の容量と1Cの容量とで決まる重みで)加算することの妥当性が理解されよう。   In FIG. 1 or FIG. 5, even if there is a parasitic capacitance between the top plate and a predetermined potential, if the parasitic capacitance is equal between TOP + and TOP-, the result is not affected. That is, the operation of the capacitive DAC is roughly the same in FIG. 7 with and without C13 and C14. Therefore, C13 and C14 are separately provided, a resistance DAC output is added to the bottom plate, and the RDACLP potential and the RDACLN potential are set to the top plates TOP + and TOP− (the total capacitance and the capacitance of 1C). You will understand the validity of adding (with a determined weight).

ここで、VOFFPとVOFFNの目的を説明しておく。AD変換回路においては、アナログ入力電位とデジタル変換結果の入出力特性において、デジタルコード(変換結果)の遷移点を、図1、図5などの回路で実現される特性から1/2×LSBずらすことが望まれる場合がある。図7のC13、C14、とサンプリング時にこれらのボトムプレートに供給されるVOFFPとVOFFNは、そのためのものである。   Here, the purpose of VOFFP and VOFFN will be described. In the AD conversion circuit, in the input / output characteristics of the analog input potential and the digital conversion result, the transition point of the digital code (conversion result) is shifted by 1/2 × LSB from the characteristics realized by the circuits of FIGS. Sometimes it is desirable. C13 and C14 in FIG. 7 and VOFFP and VOFFN supplied to these bottom plates at the time of sampling are for that purpose.

既に述べたように、VOFFNの電位は、Vrefpから、(Vrefp−Vrefn)/32低い電位となる。VOFFPは、Vrefnから、(Vrefp−Vrefn)/32高い電位となる。RDAC2で16分割されたそれぞれの電圧NRUe(eは整数)が、図8のAD変換回路のLSBに相当するので、VOFFP、VOFFNは正負の基
準電圧から1/2×LSB相当の電圧を、サンプリング時に、C13、C14のボトムプレートに供給している。
As already described, the potential of VOFFN is a potential that is (Vrefp−Vrefn) / 32 lower than Vrefp. VOFFP has a potential higher than (Vrefp−Vrefn) / 32 from Vrefn. Since each voltage NRUe (e is an integer) divided into 16 by RDAC2 corresponds to the LSB of the AD converter circuit of FIG. 8, VOFFP and VOFFN are sampled from a positive / negative reference voltage to a voltage equivalent to 1/2 × LSB. Sometimes it is supplied to the bottom plates of C13 and C14.

+側の信号で考えた場合、サンプリング時には、+側容量DACの全体の1/32の容量を持つC13に1/2×LSB相当の電圧が供給される。そして、検索時には、C13には、0Vを基準にして、0/16、1/16、2/16、または3/16の電圧(0〜3LSB相当の電圧)が抵抗DAC出力VOFFPとして、入力されることになる。−側容量DACおよび抵抗DAC出力VOFFNについても、同様である。   Considering the signal on the + side, at the time of sampling, a voltage equivalent to 1/2 × LSB is supplied to C13 having a capacity of 1/32 of the entire + side capacitor DAC. At the time of search, a voltage of 0/16, 1/16, 2/16, or 3/16 (voltage corresponding to 0 to 3LSB) is input to C13 as a resistor DAC output VOFFP with 0V as a reference. Will be. The same applies to the negative side capacitor DAC and the resistor DAC output VOFFN.

これにより、サンプリング結果を、変換開始とともに、1/2×LSB相当の電位ずらす働きをする。   Thus, the sampling result is shifted by a potential equivalent to 1/2 × LSB at the start of conversion.

図7および図8では容量DACの分解能が4ビット、抵抗DACの分解能が4ビット(2ビット+2ビット)の場合を例として示したが、図7および図8の場合に限らず、図1、図5の回路も含めて、(容量DAC、抵抗DACともに)一般の分解能の場合に容易に、本発明の考え方を適用できる。   7 and 8 show the case where the resolution of the capacitive DAC is 4 bits and the resolution of the resistor DAC is 4 bits (2 bits + 2 bits) as an example. However, the present invention is not limited to the cases of FIGS. Including the circuit of FIG. 5, the concept of the present invention can be easily applied in the case of general resolution (both the capacitive DAC and the resistor DAC).

図7および図8のような構成をとることで、本実施形態の効果に加えて、面積の削減の効果を得られる。   By adopting the configuration shown in FIGS. 7 and 8, in addition to the effect of the present embodiment, the effect of reducing the area can be obtained.

図7および図8のように容量DACを、複雑なCRダブルステージDACに変更しても、図1あるいは、図4で説明した、S1、S2P、S2N、S3P、S3N、S4に必要な制御とその働きに影響はない。このように、図7および図8のような構成のCRダブルステージDAC(サンプリング結果を1/2×LSB相当だけシフトしてデジタルデータを生成する回路)により構成される逐次比較型AD変換回路にも、本発明の考え方を適用できる。   Even if the capacitive DAC is changed to a complex CR double stage DAC as shown in FIGS. 7 and 8, the control necessary for S1, S2P, S2N, S3P, S3N, and S4 described in FIG. 1 or FIG. There is no effect on its work. As described above, the successive approximation AD converter circuit configured by the CR double stage DAC (a circuit that generates digital data by shifting the sampling result by 1/2 × LSB) configured as shown in FIGS. Also, the idea of the present invention can be applied.

《コンパレータの構成》
ここで、図9を参照して、本発明の各実施形態に係るAD変換器に適用可能なコンパレータを説明する。図1、図4−図8では、主に容量DACまでの回路の構成例と、スイッチS4などの操作の考え方を説明してきた。図9では、容量DAC出力、TOP+とTOP−の電位差を検出するコンパレータの回路例を示す。
<Comparator configuration>
Here, with reference to FIG. 9, a comparator applicable to the AD converter according to each embodiment of the present invention will be described. 1, FIG. 4 to FIG. 8 have mainly described the configuration example of the circuit up to the capacitive DAC and the concept of operation of the switch S4 and the like. FIG. 9 shows a circuit example of a comparator that detects the capacitive DAC output and the potential difference between TOP + and TOP−.

図9のSW13からSW16、SW25からSW29、S1はスイッチを、CC1からCC5は結合容量を、TOP+は容量アレイの+側トッププレートを、TOP−は容量アレイの−側トッププレートを、CINP、CINNはコンパレータ入力を、VCMはサンプリング時のコンパレータのバイアス電位(2.5V)を、early、late、convは図中に示すタイミング信号を、AMP1からAMP4は増幅回路を、NC1からNC10は内部のノードを、COUT2はコンパレータの比較結果を、示す。図1、図5−図8等と対応するノード名等には同じ素子名、ノード名等を与えて示している。   In FIG. 9, SW13 to SW16, SW25 to SW29, S1 are switches, CC1 to CC5 are coupling capacitances, TOP + is a positive side top plate of the capacitance array, TOP− is a negative side top plate of the capacitance array, CINP, CINN Is a comparator input, VCM is a comparator bias potential (2.5 V) at the time of sampling, early, late, conv are timing signals shown in the figure, AMP1 to AMP4 are amplifier circuits, NC1 to NC10 are internal nodes , COUT2 indicates the comparison result of the comparator. The node names and the like corresponding to those in FIGS. 1 and 5 to 8 are given the same element names and node names.

スイッチに併記されたタイミング信号名は、スイッチが閉じられているタイミングを示す。図9のスイッチの状態は、VINP、VINNの電位を容量DACにサンプリングする状態のスイッチの制御を示している。   The timing signal name written together with the switch indicates the timing when the switch is closed. The switch state in FIG. 9 indicates the control of the switch in a state where the potentials of VINP and VINN are sampled in the capacitor DAC.

まず、図9のVINP、VINNの電位を容量DACにサンプリングする状態について、説明する。   First, a state in which the potentials VINP and VINN in FIG. 9 are sampled in the capacitor DAC will be described.

既に説明したように、容量DACのトッププレートTOP+と、TOP−はS1によって同電位、ほぼ入力アナログ電位のコモン電位になるように制御される。   As already described, the top plates TOP + and TOP− of the capacitor DAC are controlled by S1 so as to have the same potential and the common potential of the input analog potential.

容量DACのスイッチを操作し、コンパレータでビットを決定していく比較期間の最終時点では、TOP+と、TOP−、および、コンパレータ入力CINP、CINNの最終的な電位はほぼVCM(基準電位の1/2)になる。なぜなら、第1実施形態〜第4実施形態で説明したコンパレータCOMP1は、(+)側容量DACの出力信号(+側トッププレートTOP+の電位)および−側容量DACの出力信号(−側トッププレートTOP−の電位)を比較し、その電位差がなくなるように(+)側容量DACおよび(+)側容量DACが制御されるからである。すなわち、比較期間の最終時点では、TOP+と、TOP−、および、コンパレータ入力CINP、CINNの最終的な電位は、コンパレータCOMP1のオフセットを無視すれば、基準電位の1/2になる。   At the end of the comparison period in which the capacitor DAC switch is operated and the bit is determined by the comparator, the final potentials of TOP +, TOP-, and comparator inputs CINP and CINN are approximately VCM (1 / V of the reference potential). 2). This is because the comparator COMP1 described in the first to fourth embodiments includes the output signal of the (+) side capacitor DAC (the potential of the + side top plate TOP +) and the output signal of the − side capacitor DAC (the − side top plate TOP). This is because the (+) side capacitor DAC and the (+) side capacitor DAC are controlled so that the potential difference is eliminated. That is, at the final point of the comparison period, the final potentials of TOP +, TOP-, and comparator inputs CINP and CINN are ½ of the reference potential if the offset of the comparator COMP1 is ignored.

この場合、基準電位の1/2のコモン電位を加えた状態でコンパレータのオフセット電圧をなんらかの手段で記憶し、オートゼロを実行することが望ましい。   In this case, it is desirable to store the offset voltage of the comparator by some means while applying a common potential that is ½ of the reference potential, and execute auto zero.

ところが、サンプリング中のTOP+と、TOP−の電位はアナログ入力VINPとVINNのコモン電位となる。一般には、このアナログ入力VINPとVINNのコモン電位と、基準電位の1/2((Vrefp+Vrefn)/2)が一致することは期待できない。そこで、サンプリング中は、SW15とSW16によりCINPとCINNを、TOP+と、TOP−から切り離しておき、別途、CINPとCINNに、基準電位の1/2((Vrefp+Vrefn)/2)つまりVCMを与えて、オフセット電圧を記憶し、オートゼロを実行する。   However, the potentials of TOP + and TOP− during sampling become the common potential of the analog inputs VINP and VINN. In general, it cannot be expected that the common potential of the analog inputs VINP and VINN and 1/2 of the reference potential ((Vrefp + Vrefn) / 2) match. Therefore, during sampling, CINP and CINN are separated from TOP + and TOP− by SW15 and SW16, and 1/2 of the reference potential ((Vrefp + Vrefn) / 2), that is, VCM is separately applied to CINP and CINN. , Store the offset voltage and execute auto zero.

例えば、図9のAMP1にオフセットがあると、CINP、CINNに同じVCM((Vrefp+Vrefn)/2)の電位を与えても、その出力NC1、NC2は同電位とはならない。これをCC1、CC2に記憶しておくことで、オフセット電圧を相殺することができる。   For example, if there is an offset in AMP1 in FIG. 9, even if the same VCM ((Vrefp + Vrefn) / 2) potential is applied to CINP and CINN, their outputs NC1 and NC2 do not become the same potential. By storing this in CC1 and CC2, the offset voltage can be canceled.

CINP、CINNに、例えば、等しい電位VCMを与える。このとき、NC1とNC2の電位は、AMP1のオフセット電圧により、等しい電位とはならない。仮に、NC1の電位が電源電圧の1/2+100mV、NC2の電位が電源電圧の1/2−100mVとなったとする。SW25、SW26は閉じておく。NC3、NC4の電位は、AMP2のオフセット電圧相当の電位となっている。   For example, equal potential VCM is applied to CINP and CINN. At this time, the potentials of NC1 and NC2 are not equal due to the offset voltage of AMP1. Assume that the potential of NC1 is 1/2 + 100 mV of the power supply voltage and the potential of NC2 is 1 / 2-100 mV of the power supply voltage. SW25 and SW26 are closed. The potentials of NC3 and NC4 are equivalent to the offset voltage of AMP2.

仮にAMP2のオフセット電圧が10mV(NC4がNC3より10mV大きいときに、AMP2の出力電位が電源電圧の1/2程度の電圧となるとする)とすると、NC4の電位は電源電圧の1/2+5mV、NC3の電位は、電源電圧の1/2−5mVとなる。NC1の電位は、電源電圧の1/2+100mV、NC2の電位は電源電圧の1/2−100mVとなる。つまり、CC1の両端の電位は、電源電圧の1/2+100mVと電源電圧の1/2−5mVとなり、CC2の両端の電位は、電源電圧の1/2−100mVと電源電圧の1/2+5mVとなる。   Assuming that the offset voltage of AMP2 is 10 mV (assuming that when NC4 is 10 mV greater than NC3, the output potential of AMP2 is about 1/2 of the power supply voltage), the potential of NC4 is 1/2 + 5 mV of the power supply voltage, NC3 Is ½-5 mV of the power supply voltage. The potential of NC1 is 1/2 + 100 mV of the power supply voltage, and the potential of NC2 is 1 / 2-100 mV of the power supply voltage. That is, the potential at both ends of CC1 is 1/2 + 100 mV of the power supply voltage and 1 / 2-5 mV of the power supply voltage, and the potential at both ends of CC2 is 1 / 2-100 mV of the power supply voltage and 1/2 + 5 mV of the power supply voltage. .

AMP1、AMP2にオフセット電圧があっても、サンプリング中に、CC1、CC2に電荷を蓄えることで、NC5、NC6の電位をほぼ等しい電位とできる。これにより、CINP、CINNの電位差が生じると、NC5、NC6の電位がそれぞれ変化し、CINP、CINNの大小関係を、オフセット電圧に影響されずに判定することができるようになる。   Even if there is an offset voltage in AMP1 and AMP2, the potentials of NC5 and NC6 can be made substantially equal by storing charges in CC1 and CC2 during sampling. Thus, when a potential difference between CINP and CINN occurs, the potentials of NC5 and NC6 change, and the magnitude relationship between CINP and CINN can be determined without being affected by the offset voltage.

既に説明したように、VINP、VINNを容量DACにサンプリングする期間には、SW25、SW26、SW27、SW28、SW29を閉じておく。SW25、SW26を閉じておくことで、NC3とNC4の電位差は、AMP2のオフセット電圧程度の値と
なる。
As described above, SW25, SW26, SW27, SW28, and SW29 are closed during a period in which VINP and VINN are sampled into the capacitor DAC. By closing SW25 and SW26, the potential difference between NC3 and NC4 becomes a value about the offset voltage of AMP2.

AMP3についても、同様に結合容量CC3、CC4にオフセット電圧が記憶される。NC7とNC9の電位が等しくなるので、増幅率が非常に大きい場合、NC8とNC7の電位差はオフセット電圧に等しくなる。なぜなら、NC8とNC7の電位差がオフセット電圧に等しくない場合、出力電圧は+あるいは−の電源電圧程度の値となるからである。(増幅率が非常に大きい極限を考えれば、理解が容易となる。)CC3、CC4に、このNC7、NC8の電位差がAMP3のオフセット電圧に等しいという情報が記憶されているので、NC5、NC6の電位が、サンプリング時の状態から変化し、どちらかが高くあるいは低く変化すると、AMP3のオフセット電圧に影響されずに、その大小関係をAMP3により判定することができる。   Similarly, for AMP3, an offset voltage is stored in the coupling capacitors CC3 and CC4. Since the potentials of NC7 and NC9 are equal, if the amplification factor is very large, the potential difference between NC8 and NC7 is equal to the offset voltage. This is because, when the potential difference between NC8 and NC7 is not equal to the offset voltage, the output voltage becomes a value about the power supply voltage of + or-. (It is easy to understand if the limit of the amplification factor is very large.) Information that the potential difference between NC7 and NC8 is equal to the offset voltage of AMP3 is stored in CC3 and CC4. When the potential changes from the state at the time of sampling and either of them changes higher or lower, the magnitude relationship can be determined by AMP3 without being affected by the offset voltage of AMP3.

さらに、AMP4についても、結合容量CC5にオフセット電圧が記憶される。
例えば、NC9が、理想的な値電源電圧の1/2にあったとする。AMP4の論理しきい値が電源電圧の1/2であれば、AMP4のオフセットは0となるが、実際には、AMP4の論理しきい値は製造条件により、電源電圧の1/2からずれる。このような場合でも、SW29によりNC10とCOUT2の電位を等しくすることで、サンプリング中のNC10の電位をAMP4の論理しきい値とできる。これにより、NC9の電位がサンプリング中の電位より上昇したか、あるいは低くなったかを、AMP4とCC5により検出することができる。
Further, for AMP4, an offset voltage is stored in the coupling capacitor CC5.
For example, it is assumed that NC9 is 1/2 of the ideal value power supply voltage. If the logic threshold value of AMP4 is ½ of the power supply voltage, the offset of AMP4 is 0. Actually, however, the logic threshold value of AMP4 deviates from ½ of the power supply voltage due to manufacturing conditions. Even in such a case, the potential of NC10 during sampling can be set to the logic threshold value of AMP4 by equalizing the potentials of NC10 and COUT2 by SW29. Thereby, it can be detected by AMP4 and CC5 whether the potential of NC9 is higher or lower than the potential during sampling.

VINP、VINNを容量DACにサンプリングした後、earlyが併記されたスイッチが開放される。次に、lateが併記されたスイッチが開放され、convが併記されたスイッチが閉じられる。   After VINP and VINN are sampled into the capacitor DAC, the switch with early written together is opened. Next, the switch with “late” is opened, and the switch with “conv” is closed.

図9に例として、示すような回路で、容量DACの出力TOP+と、TOP−の電位差を検出し、その大小関係を判定することができる。   As an example, the circuit as shown in FIG. 9 can detect the potential difference between the output TOP + and TOP− of the capacitor DAC and determine the magnitude relationship.

《第5実施形態》
図10は、本発明の第5実施形態に係る逐次比較型AD変換回路のブロック図の一例を、また図11はその動作タイミング例を、示している。ここでは、容量DACとして、図4に示したスイッチS1およびPMOSトランジスタPM7、PM8、MNOSトランジスタNM7、NM8を含む回路を使用する。
<< 5th Embodiment >>
FIG. 10 shows an example of a block diagram of a successive approximation AD converter circuit according to the fifth embodiment of the present invention, and FIG. 11 shows an example of operation timing thereof. Here, the circuit including the switch S1 and the PMOS transistors PM7 and PM8 and the MNOS transistors NM7 and NM8 shown in FIG. 4 is used as the capacitor DAC.

図10のVINPは(+)のアナログ入力を、VINNは(−)のアナログ入力を、TOP+は容量アレイの+側トッププレートを、TOP−は容量アレイの−側トッププレートを、COUTはコンパレータ回路出力を、RDOは抵抗DAC出力を、CNTRは抵抗DACの制御信号を、CNTCは容量DACの制御信号を、CLKはAD変換回路のタイミング全般を規定するクロック入力を、SPCはサンプリング期間、S3P、S3NをONするディスチャージ期間(サンプリング容量の電荷を0に初期設定する期間)を規定する信号を、D[11:0]は(例えば)12ビットのAD変換結果を、CDAC1は容量DACを、COMPはコンパレータを、RDAC3は抵抗DACを、CNTは逐次比較を制御する制御回路を、示す。図10において、図1−図9の回路と対応する部分には、同じ素子名、端子名を与えて示した。   In FIG. 10, VINP is a (+) analog input, VINN is a (−) analog input, TOP + is a positive side top plate of the capacitor array, TOP− is a negative side top plate of the capacitor array, and COUT is a comparator circuit. RDO is the resistor DAC output, CNTR is the resistor DAC control signal, CNTC is the capacitor DAC control signal, CLK is the clock input that defines the overall timing of the AD converter circuit, SPC is the sampling period, S3P, A signal that defines a discharge period for turning ON S3N (a period for initializing the charge of the sampling capacitor to 0), D [11: 0] is a (for example) 12-bit AD conversion result, CDAC1 is a capacitor DAC, COMP Denotes a comparator, RDAC3 denotes a resistor DAC, and CNT denotes a control circuit that controls successive approximation. In FIG. 10, the same element names and terminal names are given to the portions corresponding to the circuits of FIGS.

図10の回路の動作を、図11を用いながら説明する。図11に示すようにクロック信号CLKが入力されているものとする。制御信号SPCがHに変化した後、例えば、2.5クロック(CLKのサイクル時間の)期間、S3P、S3NがONして、容量DACのサンプリング容量の電荷を0に初期化する。次に、SPCがHからLに変化してから1クロック期間後まで、VINP、VINNがサンプリングされる(S3P、S3NがONし
ている期間を図11では“discharge期間“、その後のアナログ入力信号をサンプリングするサンプリング期間を“sampling期間”として示した)。
The operation of the circuit of FIG. 10 will be described with reference to FIG. Assume that a clock signal CLK is input as shown in FIG. After the control signal SPC changes to H, for example, during a period of 2.5 clocks (CLK cycle time), S3P and S3N are turned ON, and the charge of the sampling capacitor of the capacitor DAC is initialized to zero. Next, VINP and VINN are sampled until one clock period after SPC changes from H to L (the period in which S3P and S3N are ON is the “discharge period” in FIG. 11, and the analog input signal thereafter The sampling period for sampling the signal is shown as “sampling period”).

サンプリング期間終了後に、容量DAC(CDAC1)、抵抗DAC(RDAC3)の入力信号を制御してMSBから順番にLSBまで決定していく(図11にはcompare期間として示した)。LSBの決定が終了した後、変換結果D[11:0]が有効となる。   After the end of the sampling period, input signals of the capacitor DAC (CDAC1) and the resistor DAC (RDAC3) are controlled to determine from the MSB to the LSB in order (shown as a compare period in FIG. 11). After the LSB determination is completed, the conversion result D [11: 0] becomes valid.

図10の発明の回路を、図11のタイミングで動作させるように設計し、各部の波形を回路シミュレーションにより求めた例を図12A−図12D、図13A−図13C、図14A−図14Cに示す。ここで、図10に示す容量DACであるCDAC1の回路としては、図4に示した回路を使用した。スイッチS1、S2P、S2N、S3N、S3P、S4は、それぞれ、図3のPM5とNM5のように、PMOSトランジスタとNMOSトランジスタを組み合わせて構成した。   An example in which the circuit of the invention of FIG. 10 is designed to operate at the timing of FIG. 11 and the waveform of each part is obtained by circuit simulation is shown in FIGS. 12A to 12D, 13A to 13C, and 14A to 14C. . Here, the circuit shown in FIG. 4 was used as the circuit of the CDAC1 that is the capacitive DAC shown in FIG. Each of the switches S1, S2P, S2N, S3N, S3P, and S4 is configured by combining a PMOS transistor and an NMOS transistor, such as PM5 and NM5 in FIG.

これらのNMOSトランジスタ、PMOSトランジスタ、および図4に示すPM7、NM7、PM8、NM8等、各トランジスタはチャネル長約0.7umの5V耐圧のMOSトランジスタを仮定したMOSモデルを使用し、SPICEシミュレータにより動作波形を求めた。   These NMOS transistors, PMOS transistors, and PM7, NM7, PM8, NM8, etc. shown in FIG. 4 use a MOS model assuming a 5V withstand voltage MOS transistor with a channel length of about 0.7 um, and operate with a SPICE simulator. The waveform was obtained.

図12A−図12Dは、電源電圧5V、Vrefp=5V、Vrefn=0V、VINP=1.2mV、VINN=0Vの場合の各部の波形を(VINPに5Vを4096分割した1/4096を入力した場合を)示す。ただし、図12Dは、図12Aの波形で、サンプリングからコンパレータでの比較に移行する時点を拡大した結果である。   12A to 12D show the waveform of each part when the power supply voltage is 5 V, Vrefp = 5 V, Vrefn = 0 V, VINP = 1.2 mV, and VINN = 0 V (when 1/4096 obtained by dividing 5V into 4096 is input) Show). However, FIG. 12D is a result of enlarging the time point of shifting from sampling to comparison by the comparator in the waveform of FIG. 12A.

また、図13A−図13Cは、電源電圧5V、Vrefp=5V、Vrefn=0V、VINP=4.998V、VINN=0Vの場合の各部の波形を(VINPに5Vを4096分割した4094/4096を入力した場合を)示す。   13A to 13C show the waveform of each part when the power supply voltage is 5V, Vrefp = 5V, Vrefn = 0V, VINP = 4.998V, VINN = 0V (4094/4096 obtained by dividing 5V into 4096) Show the case).

また、図14A−図14Cは、電源電圧5V、Vrefp=5V、Vrefn=0V、VINP=1.666V、VINN=0Vの場合の各部の波形を(VINPに5Vを4096分割した1365/4096を入力した場合を)、示す。   14A to 14C show the waveform of each part when the power supply voltage is 5V, Vrefp = 5V, Vrefn = 0V, VINP = 1.666V, VINN = 0V (1365/4096 obtained by dividing 5V into 4096) Show the case).

12ビットのAD変換の例なので、期待される変換結果は、図12A−図12Cの場合が000000000001、図13A−図13Cの場合が111111111110、図14A−図14Cの場合が010101010101、となる。   Since this is an example of 12-bit AD conversion, the expected conversion results are 000000000001 in the case of FIGS. 12A to 12C, 111111111110 in the case of FIGS. 13A to 13C, and 010101010101 in the case of FIGS. 14A to 14C.

図12Aの波形は、図1、図4あるいは図7のNODE1、NODE2に相当する部分の波形を示している。図12A−図12Cを求めたシミュレーション回路では、ディスチャージ期間(サンプリング容量の電荷を0に初期設定する期間)にNODE2の電位を、VINN、トッププレートTOP+、TOP−の電位、NODE1の電位もVINNの電位に等しくなるように、スイッチを制御している。入力は、VINP=1.2mV、VINN=0Vと非常に小さいので、図12Aでは、NODE1とNODE2の電位は、ほとんど0Vに見える。   The waveform in FIG. 12A shows a waveform corresponding to NODE1 and NODE2 in FIG. 1, FIG. 4 or FIG. 12A to 12C, in the discharge period (the period in which the charge of the sampling capacitor is initially set to 0), the potential of NODE2, the potential of VINN, the top plate TOP +, TOP−, and the potential of NODE1 are also VINN. The switch is controlled to be equal to the potential. Since the inputs are very small, VINP = 1.2 mV and VINN = 0V, the potentials of NODE1 and NODE2 appear almost 0V in FIG. 12A.

また、図12Aのグラフでは、コンパレータでの比較期間に、NODE1、NODE2の電位は、電源電圧範囲を超えていないように見える。しかし、図12Dのように、サンプリングからコンパレータでの比較に移行する時点を拡大すると、さらに細かい現象が明示される。図12Dによれば、サンプリングからコンパレータでの比較に移行する時点で、NODE2の電位が−0.08V程度に低下していることが分かる。これは、すでに述
べたように、図4において、VINNの電位がほぼ0V、かつ、NODE2の電位がほぼ0VでスイッチS2Nを遮断する場合に、S2Nを構成するNMOSトランジスタに反転層が形成されているので、その反転層を通じてゲート容量がゲートと、ドレイン、ソースの間に接続され、S2Nを構成するNMOSトランジスタのゲート電位が5Vから0Vに変化することにより、ゲート容量を介してNODE2の電位が低くなるためである。
In the graph of FIG. 12A, it seems that the potentials of NODE1 and NODE2 do not exceed the power supply voltage range during the comparison period of the comparator. However, as shown in FIG. 12D, when the time point of shifting from sampling to comparison by the comparator is enlarged, a finer phenomenon is clearly shown. According to FIG. 12D, it can be seen that the potential of NODE2 has dropped to about −0.08 V at the time of shifting from sampling to comparison with a comparator. As described above, in FIG. 4, when the potential of VINN is approximately 0V and the potential of NODE2 is approximately 0V and the switch S2N is cut off, an inversion layer is formed in the NMOS transistor that constitutes S2N. Therefore, the gate capacitance is connected between the gate, drain, and source through the inversion layer, and the gate potential of the NMOS transistor that constitutes S2N changes from 5V to 0V, so that the potential of NODE2 is changed via the gate capacitance. This is because it becomes lower.

しかし、図12Dのシミュレーション結果では、図4で説明したように、S2PおよびS2N遮断時、S4によってNODE1とNODE2がイコライズされる。さらに、S2PおよびS2Nを構成するトランジスタのゲート電位と逆方向に、NODE1とNODE2に接続されたトランジスタNM7、NM8、PM7、PM8のゲート電位を変化させる(これらのトランジスタをオンにする)。その結果、一旦、−0.08V程度に低下したNODE2の電位が上昇し、電源電圧範囲内に収まっていることが分かる。さらに、イコライズにより、NODE1とNODE2の電位は等しい電位となっていることも分かる。   However, in the simulation result of FIG. 12D, as described in FIG. 4, when S2P and S2N are shut off, NODE1 and NODE2 are equalized by S4. Further, the gate potentials of the transistors NM7, NM8, PM7, and PM8 connected to NODE1 and NODE2 are changed in the opposite direction to the gate potentials of the transistors that constitute S2P and S2N (the transistors are turned on). As a result, it can be seen that the potential of NODE2 once lowered to about -0.08 V rises and falls within the power supply voltage range. Further, it is understood that the potentials of NODE1 and NODE2 are equal to each other by equalization.

このように、可能な限りノードNODE1、NODE2の電位を電源電圧範囲に収めるように制御することで、スイッチS3P、S3Nを通して、トッププレートTOP+、TOP−に流れる電流を低減することができる。これにより、トッププレートTOP+、TOP−の電荷が失われることが抑制され、より正確な変換結果が得られる。   In this way, by controlling the potentials of the nodes NODE1 and NODE2 within the power supply voltage range as much as possible, the current flowing through the top plates TOP + and TOP− through the switches S3P and S3N can be reduced. As a result, the loss of the charges on the top plates TOP + and TOP− is suppressed, and a more accurate conversion result can be obtained.

サンプリング終了後、コンパレータでの比較を始める(12A図では、コンパレータでの比較、として示した)。コンパレータ出力が000000000001と変化していることが分かる(図12Cの波形図)。これは、上で述べた期待値に一致する。   After completion of sampling, comparison by the comparator is started (in FIG. 12A, the comparison is made by the comparator). It can be seen that the comparator output has changed to 000000000001 (waveform diagram in FIG. 12C). This is consistent with the expectation stated above.

図12B(容量DAC出力の波形として示される図)は、TOP+、TOP−の波形を示している。サンプリング期間中、TOP+、TOP−の電位は入力コモン電位となるので、ほぼ0Vとなっている。比較が始まると、コモン電位は、約2.5Vとなり、電位差が大きい状態からしだいに電位差が小さい状態に変化していき、最終的には、TOP+、TOP−の電位がほぼ一致する。   FIG. 12B (shown as a waveform of the capacitive DAC output) shows the waveforms of TOP + and TOP−. During the sampling period, the potentials of TOP + and TOP− become the input common potential, and thus are approximately 0V. When the comparison starts, the common potential becomes about 2.5 V, and gradually changes from a state where the potential difference is large to a state where the potential difference is small. Eventually, the potentials of TOP + and TOP− substantially coincide with each other.

図13A−図13Cでは、NODE1とNODE2の電位は、ディスチャージ期間には、VINNによって与えられる0Vとなっている。図13Aよりサンプリング期間には、VINPとVINNの電位がそれぞれ約5Vと0Vなので、NODE1とNODE2の電位はそれぞれ約5Vと0Vとなることが分かる。図13BのTOP+、TOP−の波形より、サンプリング期間中に、TOP+、TOP−の電位が入力コモン電位約2.5Vとなっていることが分かる。また、コンパレータでの比較期間に、NODE1、NODE2の電位は、電源電圧範囲を超えていないことも分かる。   In FIGS. 13A to 13C, the potentials of NODE1 and NODE2 are 0 V given by VINN during the discharge period. From FIG. 13A, it can be seen that during the sampling period, the potentials of VINP and VINN are about 5V and 0V, respectively, so that the potentials of NODE1 and NODE2 are about 5V and 0V, respectively. It can be seen from the waveforms of TOP + and TOP− in FIG. 13B that the potential of TOP + and TOP− is about 2.5 V during the sampling period. It can also be seen that the potentials of NODE1 and NODE2 do not exceed the power supply voltage range during the comparison period of the comparator.

図13Cより、コンパレータ出力は、期待値111111111110に一致していることも分かる。TOP+、TOP−は電位差が大きい状態からしだいに電位差が小さい状態に変化していき、最終的には、やはり、TOP+、TOP−の電位がほぼ一致する。符号は図12の場合と逆となる。   FIG. 13C also shows that the comparator output matches the expected value 111111111110. TOP + and TOP− gradually change from a state in which the potential difference is large to a state in which the potential difference is small. Finally, the potentials of TOP + and TOP− almost coincide with each other. The sign is opposite to that in FIG.

図14A−図14Cでは、NODE1とNODE2の電位は、ディスチャージ期間には、VINNによって与えられる0Vとなっている。図14Aより、サンプリング期間には、VINP、VINNの電位が約1.6Vと0Vなので、NODE1とNODE2の電位はそれぞれ、約1.6Vと0Vとなることが分かる。図14BのTOP+、TOP−の波形より、サンプリング期間中に、TOP+、TOP−の電位が入力コモン電位約0.8Vとなっていることが分かる。また、コンパレータでの比較期間に、NODE1、NODE2の電位は、電源電圧範囲を超えていないことも分かる。   14A to 14C, the potentials of NODE1 and NODE2 are 0 V given by VINN during the discharge period. FIG. 14A shows that the potentials of VINP and VINN are approximately 1.6 V and 0 V during the sampling period, and therefore the potentials of NODE1 and NODE2 are approximately 1.6 V and 0 V, respectively. It can be seen from the waveforms of TOP + and TOP− in FIG. 14B that the potential of TOP + and TOP− is about 0.8 V during the sampling period. It can also be seen that the potentials of NODE1 and NODE2 do not exceed the power supply voltage range during the comparison period of the comparator.

図14Cより、コンパレータ出力は010101010101と変化し、コンパレータ出力が010101010101変化するのに対応して、その電位差の符号が交互に変化する。図14Bより、比較の終了時点では、TOP+、TOP−の電位がほぼ一致する。   From FIG. 14C, the comparator output changes to 010101010101, and the sign of the potential difference alternately changes corresponding to the change of the comparator output of 010101010101. From FIG. 14B, at the end of the comparison, the potentials of TOP + and TOP− are substantially the same.

以上、図10、図11他に示される回路がそれぞれの図の説明で述べたように動作することが、波形図によっても理解されよう。   As described above, it can be understood from the waveform diagrams that the circuits shown in FIGS. 10, 11 and others operate as described in the explanation of the respective drawings.

《第6実施形態》
<概要>
図15を参照して、本発明の第6実施形態に係るAD変換器を説明する。本実施形態では、符号を仮定して差動アナログ入力をデジタル値に変換するAD変換器の入力部分にスイッチ(SW30、SW31、SW32、SW33)を設ける。また、(+)側アナログ入力信号VINPと(−)側アナログ入力信号VINNの大小関係を判定するコンパレータCOMP2を設ける。符号を仮定して差動アナログ入力をデジタル値に変換するAD変換器は、その入力ICDACPがICDACNより大きいか等しいことを仮定してアナログ差電位(ICDACP−ICDACN)をデジタル値に変換する場合、VINPがVINNより大きい場合には、VINPをICDACPに、VINNをICDACNに供給する。逆にVINPがVINNより小さい場合には、VINPをICDACNに、VINNをICDACPに供給するようスイッチ(SW30、SW31、SW32、SW33)を操作すればよい。
<< 6th Embodiment >>
<Overview>
With reference to FIG. 15, an AD converter according to a sixth embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, switches (SW30, SW31, SW32, SW33) are provided at the input portion of an AD converter that converts a differential analog input into a digital value assuming a sign. Further, a comparator COMP2 for determining the magnitude relationship between the (+) side analog input signal VINP and the (−) side analog input signal VINN is provided. An AD converter that converts a differential analog input to a digital value assuming a sign converts the analog difference potential (ICDACP-ICDACN) to a digital value assuming that its input ICDACP is greater than or equal to ICDACN, If VINP is greater than VINN, VINP is supplied to ICDACP and VINN is supplied to ICDACN. Conversely, if VINP is smaller than VINN, the switches (SW30, SW31, SW32, SW33) may be operated so as to supply VINP to ICDACN and VINN to ICDACP.

これらの工夫により、符号を仮定しアナログ信号をデジタル値に変換するAD回路を使用して、必要な場合には、符号も含めてアナログ信号をデジタル値に変換する回路を実現できる。   With these ideas, it is possible to realize a circuit that converts an analog signal including a sign into a digital value, if necessary, using an AD circuit that assumes the sign and converts the analog signal into a digital value.

<実施例>
図15は本実施形態の逐次比較型AD変換回路のブロック図の一例を、示している。図15のVINPは(+)のアナログ入力を、VINNは(−)のアナログ入力を、TOP+は容量アレイの+側トッププレートを、TOP−は容量アレイの−側トッププレートを、COUTはコンパレータ回路出力を、RDOは抵抗DAC出力を、CNTRは抵抗DACの制御信号を、CNTCは容量DACの制御信号を、CLKはAD変換回路のタイミング全般を規定するクロック入力を、SPCはサンプリング期間、S3P、S3NをONするディスチャージ期間(サンプリング容量の電荷を0に初期設定する期間)を規定する信号を、D[11:0]は(例えば)12ビットのAD変換結果を、CDAC1は容量DACを、COMPはコンパレータを、RDAC3は抵抗DACを、ICDACP、ICDACNは容量DACの入力を、CNTは逐次比較を制御する制御回路を、SW30からSW33はスイッチを、COMP2は、入力の符号を判定するコンパレータを、SIGNはコンパレータにより判定された符号を、示す。図15の回路で、図10の回路に対応する部分には、同じ素子名、端子名を与えて示した。
<Example>
FIG. 15 shows an example of a block diagram of the successive approximation AD converter circuit of this embodiment. In FIG. 15, VINP is a (+) analog input, VINN is a (−) analog input, TOP + is a + side top plate of the capacitor array, TOP− is a −side top plate of the capacitor array, and COUT is a comparator circuit. RDO is the resistor DAC output, CNTR is the resistor DAC control signal, CNTC is the capacitor DAC control signal, CLK is the clock input that defines the overall timing of the AD converter circuit, SPC is the sampling period, S3P, A signal that defines a discharge period for turning ON S3N (a period for initializing the charge of the sampling capacitor to 0), D [11: 0] is a (for example) 12-bit AD conversion result, CDAC1 is a capacitor DAC, COMP Is a comparator, RDAC3 is a resistor DAC, ICDACP and ICDACN are inputs of a capacitor DAC. CNT is a control circuit for controlling the sequential comparison, the switch SW33 from the SW 30, COMP2 is a comparator determining the sign of the input, SIGN is the sign which is determined by the comparator, shown. In the circuit of FIG. 15, portions corresponding to the circuit of FIG. 10 are given the same element names and terminal names.

図1、図4−図10の回路では、VINPがVINNより大きい(VINP>VINN)ことを前提に、符号を仮定して、AD変換を行なうことで、変換サイクルを節約でき、高速化できることを説明した。応用上、VINPがVINNより大きいことが保証される場合には、図1、図4−図10の回路をそのまま適用すればよい。   In the circuits of FIGS. 1 and 4 to 10, it is possible to save the conversion cycle and increase the speed by performing AD conversion on the assumption that VINP is larger than VINN (VINP> VINN). explained. When it is guaranteed that VINP is larger than VINN in application, the circuits of FIGS. 1 and 4 to 10 may be applied as they are.

常に、VINPがVINNより大きいことが、保証されない場合には、例えば、図15に示す回路構成とすることで、本実施形態の利点を損なわずに、符号も含めてアナログ信号電位差をデジタル変換する回路を実現できる。   If it is not always guaranteed that VINP is larger than VINN, for example, the circuit configuration shown in FIG. 15 is used to digitally convert the analog signal potential difference including the sign without impairing the advantages of this embodiment. A circuit can be realized.

図15の回路は、図10の回路とほとんど同じ構成となっており、その違いは、COM
P2、SW30からSW33なので、重複する部分の説明は省略し、図10の回路と異なる部分を中心に説明をすすめる。
The circuit of FIG. 15 has almost the same configuration as the circuit of FIG.
Since it is P2, SW30 to SW33, the description of the overlapping part is omitted, and the description is focused on the part different from the circuit of FIG.

図10の回路の入力部分に、SW30からSW33を設けて、コンパレータCOMP2により、VINPとVINNの大小関係を調べる。VINP>VINNの場合には、SW31、SW32をONし、VINPをCDAC1の+側入力に、VINNをCDAC1の−側入力に供給する(COMP2出力SIGNによりSW30からSW33を制御する)。逆にVINP<VINNの場合には、SW30、SW33をONし、VINPをCDAC1の−側入力に、VINNをCDAC1の+側入力に供給する。   SW30 to SW33 are provided in the input portion of the circuit of FIG. 10, and the magnitude relationship between VINP and VINN is examined by the comparator COMP2. When VINP> VINN, SW31 and SW32 are turned ON, and VINP is supplied to the + side input of CDAC1, and VINN is supplied to the −side input of CDAC1 (SW30 to SW33 are controlled by COMP2 output SIGN). Conversely, when VINP <VINN, SW30 and SW33 are turned on, and VINP is supplied to the negative input of CDAC1, and VINN is supplied to the positive input of CDAC1.

このように制御することにより、CDAC以降のAD変換器にとっては、常に、+側入力が−側入力より大きくなるようにできるので、図1、図6、図7、図8、図10で説明した回路で常に正しい結果が得られる。このように回路を構成しておけば、応用上、信号の符号が、あまり変化せず、その符号が予測しやすい場合には、符号判定サイクルを省略でき、高速化できる。   By controlling in this way, for the AD converters after CDAC, the + side input can always be made larger than the − side input, and therefore will be described with reference to FIGS. 1, 6, 7, 8, and 10. The correct results can always be obtained with this circuit. If the circuit is configured in this way, the sign determination cycle can be omitted and the speed can be increased when the sign of the signal does not change so much in application and the sign is easy to predict.

《第7実施形態》
図16は、本発明の第7実施形態に係るAD変換器を示す回路図である。図16のSW2からSW5、SW8からSW11、SW15、SW16、SW19からSW22、S1、S2PA、S2PB、S2NA、S2NB、S3P、S3N、S4はスイッチを、C1からC12は容量を、VINPは(+)のアナログ入力を、VINNは(−)のアナログ入力を、TOP+は容量アレイの+側トッププレートを、TOP−は容量アレイの−側トッププレートを、Vrefpは+側の基準電位(例えば、5V)を、Vrefnは−側の基準電位(例えば、0V)を、COMP1はコンパレータを、CINP、CINNはコンパレータの入力を、NODE1、NODE2は内部のノードを、(+)側容量DACはC1からC6で構成されるDACを、(−)側容量DACはC7からC12で構成されるDACを、示す。図1、図4の回路等の回路要素に対応する部分、同じ働きをする素子には同じ素子名、ノード名等を与えて示している。
<< 7th Embodiment >>
FIG. 16 is a circuit diagram showing an AD converter according to the seventh embodiment of the present invention. In FIG. 16, SW2 to SW5, SW8 to SW11, SW15, SW16, SW19 to SW22, S1, S2PA, S2PB, S2NA, S2NB, S3P, S3N, and S4 are switches, C1 to C12 are capacities, and VINP is (+) VIN + is the (−) analog input, TOP + is the + side top plate of the capacitor array, TOP− is the −side top plate of the capacitor array, and Vrefp is the + side reference potential (for example, 5V). Vrefn is a negative reference potential (for example, 0 V), COMP1 is a comparator, CINP and CINN are comparator inputs, NODE1 and NODE2 are internal nodes, and (+)-side capacitance DAC is C1 to C6. The (-)-side capacitance DAC indicates a DAC configured from C7 to C12. Parts corresponding to circuit elements such as the circuits of FIGS. 1 and 4 and elements having the same functions are given the same element names and node names.

図16の回路は、図1の回路とほとんど同じ構成となっており、その違いは、S2PA、S2PB、S2NA、S2NBなので、重複する部分の説明は省略し、図1の回路と異なる部分を中心に説明をすすめる。   The circuit in FIG. 16 has almost the same configuration as the circuit in FIG. 1, and the differences are S2PA, S2PB, S2NA, and S2NB. Therefore, the description of the overlapping parts is omitted, and the parts that are different from the circuit in FIG. The explanation is recommended.

図15で、VINP<VINNの場合に、本発明の考え方を適用する回路例を示した。図15では、例えば図1の回路の容量DACの入力部分に新たにスイッチを設ける回路例を示したが、図16のような方法も可能である。   FIG. 15 shows a circuit example to which the concept of the present invention is applied when VINP <VINN. FIG. 15 shows an example of a circuit in which a switch is newly provided at the input portion of the capacitor DAC of the circuit of FIG. 1, for example, but a method as shown in FIG.

図16では、図1のS2P、S2Nの代わりに、S2PA、S2PB、S2NA、S2NBを設ける。VINP>VINNの場合には、S2PA、S2NAをONし、VINPをNODE1に、VINNをNODE2に供給する(例えば、COMP2出力SIGNによりスイッチを制御する)。逆にVINP<VINNの場合には、S2PB、S2NBをONし、VINPをNODE2に、VINNをNODE1に供給する。   In FIG. 16, S2PA, S2PB, S2NA, and S2NB are provided instead of S2P and S2N in FIG. When VINP> VINN, S2PA and S2NA are turned ON, and VINP is supplied to NODE1 and VINN is supplied to NODE2 (for example, the switch is controlled by COMP2 output SIGN). Conversely, when VINP <VINN, S2PB and S2NB are turned ON, and VINP is supplied to NODE2 and VINN is supplied to NODE1.

図16のような構成とすることで、図15のような構成で、スイッチの増加が問題となる場合には、スイッチの数を削減できる効果が得られる。   With the configuration as shown in FIG. 16, when the increase in the switches becomes a problem with the configuration as shown in FIG. 15, the effect of reducing the number of switches can be obtained.

図16のように回路を、構成することで、図16の回路は図15の回路と同様に動作させることができる。   By configuring the circuit as shown in FIG. 16, the circuit of FIG. 16 can be operated in the same manner as the circuit of FIG.

《第8実施形態》
図17、図18は、本発明の第8実施形態を示す回路図である。図17のSW2からSW5、SW8からSW11、SW15、SW16、SW19からSW24、S1、S2P、S2N、S3P、S3N、S4はスイッチを、C1からC14は容量を、TOP+は容量アレイの+側トッププレートを、TOP−は容量アレイの−側トッププレートを、Vrefpは+側の基準電位(例えば、5V)を、Vrefnは−側の基準電位(例えば、0V)を、CINP、CINNはコンパレータの入力を、NODE1、NODE2は内部のノードを、(+)側容量DACはC1からC6、C13で構成されるDACを、(−)側容量DACはC7からC12、C14で構成されるDACを、RDACLP、RDACUP、RDACLN、RDACUNは抵抗DAC出力を、VOFFP、VOFFNは変換結果にオフセットを与えるためのバイアス電位を、示す。
<< Eighth Embodiment >>
17 and 18 are circuit diagrams showing an eighth embodiment of the present invention. In FIG. 17, SW2 to SW5, SW8 to SW11, SW15, SW16, SW19 to SW24, S1, S2P, S2N, S3P, S3N, S4 are switches, C1 to C14 are capacities, TOP + is the + side top plate of the capacity array TOP− is the negative side top plate of the capacitor array, Vrefp is the positive side reference potential (for example, 5V), Vrefn is the negative side reference potential (for example, 0V), and CINP and CINN are the inputs of the comparator. , NODE1 and NODE2 are internal nodes, the (+) side capacitor DAC is a DAC composed of C1 to C6 and C13, the (−) side capacitor DAC is a DAC composed of C7 to C12 and C14, RDACLP, RDACUP, RDACLN, and RDACUN indicate resistance DAC output, and VOFFP and VOFFN indicate conversion results. A bias potential for providing a set, indicates.

図18の素子、ノード等は図9と同じなので、説明は省略する。図17、図18で、図8、図9等の回路要素に対応する部分、同じ働きをする素子には同じ名称を与えて示している。また、図を簡単にするために、VINP、VINN、S2P、S2N、RDAC2、等、一部図から省略している部分があるが、省略した部分は、特に断らない場合は、図1、図6、図7、図8、図9等と同じ構成になっているものとする。   The elements, nodes, etc. in FIG. 18 are the same as those in FIG. 17 and 18, parts corresponding to the circuit elements in FIGS. 8 and 9 and elements having the same function are given the same names. In order to simplify the drawing, there are some parts omitted from the drawings, such as VINP, VINN, S2P, S2N, RDAC2, etc., but the omitted parts are shown in FIG. 6, 7, 8, 9, and the like.

図17の回路は、図8の回路とほぼ同じ回路構成となっており、違いは、C13とC14の接続にある。図18の回路は図9と同じ回路となっており、C13、C14の接続先が記入されている点だけが異なる。説明が図8、図9と重複する部分については、省略し、図17に特有の部分について、図18を用いながら、説明する。   The circuit in FIG. 17 has almost the same circuit configuration as the circuit in FIG. 8, and the difference is in the connection between C13 and C14. The circuit shown in FIG. 18 is the same as that shown in FIG. 9 except that the connection destinations of C13 and C14 are entered. Portions overlapping with those in FIGS. 8 and 9 are omitted, and portions unique to FIG. 17 will be described with reference to FIG.

図8の回路では、C13とC14のトッププレートはTOP+、TOP−としていた。C13、C14はアナログ入力信号VINP、VINNをサンプリングするサンプリング容量ではないので、TOP+とTOP−にとっては寄生容量と同じ働きをする。つまり、コンパレータでの比較時の最終的なコモン電位を、理想値から多少ずらす原因となる。図8の回路構成でも実際上問題がない場合が多いが、このコモン電位のずれをできるだけすくなくしたい場合には、図17のような構成が可能である。   In the circuit of FIG. 8, the top plates of C13 and C14 are TOP + and TOP−. Since C13 and C14 are not sampling capacitors for sampling the analog input signals VINP and VINN, they function the same as the parasitic capacitance for TOP + and TOP−. That is, the final common potential at the time of comparison by the comparator is somewhat shifted from the ideal value. In many cases, the circuit configuration of FIG. 8 has no problem in practice, but when it is desired to minimize the deviation of the common potential, the configuration of FIG. 17 is possible.

図17では、C13、C14のトッププレートは、容量DACのトッププレートTOP+、TOP−とは別のノードとする。C1からC6、C7からC12がそれぞれTOP+、TOP−につながれるので、その容量DACの動作は図7の回路と、同様となる。   In FIG. 17, the top plates of C13 and C14 are nodes different from the top plates TOP + and TOP− of the capacitive DAC. Since C1 to C6 and C7 to C12 are connected to TOP + and TOP-, respectively, the operation of the capacitor DAC is the same as that of the circuit of FIG.

C13、C14はサンプリング容量ではないので、そのトッププレートの電位は、コンパレータ入力のコモン電位VCMとなっていれば都合がよい。このため、C13、C14のトッププレートは図18のコンパレータ入力CINP、CINNに接続される。   Since C13 and C14 are not sampling capacitors, it is convenient if the potential of the top plate is the common potential VCM of the comparator input. For this reason, the top plates of C13 and C14 are connected to the comparator inputs CINP and CINN of FIG.

サンプリング中は、CINP、CINNはVCMの電位になるので、C13、C14のトッププレートの電位もVCMとなる。サンプリング期間中に、TOP+、TOP−の電位は、入力アナログ電位のコモン電位となるが、SW15、SW16により、TOP+、TOP−とCINP、CINNは切り離されているので、問題はない。コンパレータでの比較が始まると、SW15、SW16がONし、CINP、CINNとTOP+、TOP−は同電位となり、そのコモン電位は基準電圧/2となる。CINP、CINNとTOP+、TOP−が同じ電位となるので、図17のように、C13、C14のトッププレートをTOP+、TOP−と別ノードとしていても、比較動作が始まると、図8の回路と同様に動作させることができる。   Since CINP and CINN are at the VCM potential during sampling, the potentials of the top plates of C13 and C14 are also at VCM. During the sampling period, the potentials of TOP + and TOP− become the common potential of the input analog potential, but there is no problem because TOP +, TOP− and CINP and CINN are separated by SW15 and SW16. When the comparison by the comparator is started, SW15 and SW16 are turned ON, CINP and CINN and TOP + and TOP- become the same potential, and the common potential becomes the reference voltage / 2. Since CINP and CINN have the same potential as TOP + and TOP−, as shown in FIG. 17, even if the top plates of C13 and C14 are separate nodes from TOP + and TOP−, when the comparison operation starts, the circuit of FIG. It can be operated similarly.

この図17、図18のような構成とすることで、図8と同様の動作を実現しながら、サンプリングに寄与しないC13、C14をTOP+、TOP−から切り離すことができ、これにより、TOP+、TOP−の最終的なコモン電位の理想値からのずれを低減できる
効果が得られる。
17 and FIG. 18, it is possible to separate C13 and C14, which do not contribute to sampling, from TOP + and TOP− while realizing the same operation as in FIG. 8, so that TOP + and TOP− It is possible to reduce the deviation of the final common potential from the ideal value.

図17、図18の構成においても、図8の構成同様、複雑なCRダブルステージDACを使用しながら、本発明の考え方を適用できる。   17 and 18, the concept of the present invention can be applied using a complex CR double stage DAC as in the configuration of FIG. 8.

《実施形態の効果》
以上説明したように、第1実施形態〜第8実施形態に係るAD変換器では、スイッチS4、あるいはNMOSトランジスタNM7、NM8、PMOSトランジスタPM7、PM8を設けることにより、内部ノードNODE1、NODE2の電位が電源電圧範囲を超えた状態で維持されることがないよう制御できる。これにより、S3P、S3Nを通してトッププレートの電荷が失われることを低減できるので、電源電圧範囲のアナログ入力信号をデジタル値に変換する場合でも、より正確な変換結果が得られるようになる。
<< Effects of the Embodiment >>
As described above, in the AD converters according to the first to eighth embodiments, by providing the switch S4 or the NMOS transistors NM7 and NM8 and the PMOS transistors PM7 and PM8, the potentials of the internal nodes NODE1 and NODE2 can be increased. Control can be performed so that the power supply voltage range is not maintained. As a result, it is possible to reduce the loss of the charge on the top plate through S3P and S3N, so that a more accurate conversion result can be obtained even when the analog input signal in the power supply voltage range is converted to a digital value.

また、第1実施形態〜第8実施形態に係るAD変換器によれば、(+)側容量DACのボトムプレートに供給されるアナログ入力VINPが、(−)側容量DACのボトムプレートに供給されるアナログ入力VINNより、大きいか、あるいは等しいことを仮定して、アナログ入力電位差(VINP−VINN)をデジタル値に変換することで、あらかじめ、VINP−VINN>=0が予想される場合には、従来回路(図2)では、必要だった符号決定のためのサイクルを省略して、AD変換を行なうことができる。これにより、符号決定に要する時間分、変換時間を短縮することができる。   Further, according to the AD converters according to the first to eighth embodiments, the analog input VINP supplied to the bottom plate of the (+) side capacitor DAC is supplied to the bottom plate of the (−) side capacitor DAC. If the analog input potential difference (VINP−VINN) is converted to a digital value by assuming that the analog input VINN is greater than or equal to the analog input VINN, and VINP−VINN> = 0 in advance, In the conventional circuit (FIG. 2), AD conversion can be performed by omitting a necessary cycle for determining a code. Thereby, the conversion time can be shortened by the time required for code determination.

符号を仮定して差動アナログ入力をデジタル値に変換するAD変換器の入力部分にスイッチを設け、VINPがVINNより低い電位の場合には、スイッチにより入力信号を入れ替えることにより、符号を仮定しアナログ信号をデジタル値に変換するAD回路を使用して、必要な場合には、符号も含めてアナログ信号をデジタル値に変換する回路を実現できる。   A switch is provided at the input part of the AD converter that converts the differential analog input into a digital value assuming the sign. When VINP is lower than VINN, the sign is assumed by replacing the input signal with the switch. An AD circuit that converts an analog signal into a digital value can be used to realize a circuit that converts an analog signal into a digital value including a sign if necessary.

《その他》
(付記1)
第1アナログ信号が入力される第1アナログ端子と、
前記第1アナログ端子に第1アナログ信号を入力する第1入力スイッチと、
第2アナログ信号が入力される第2アナログ端子と、
前記第2アナログ端子に第2アナログ信号を入力する第2入力スイッチと、
第1基準電圧の供給を受ける第1基準電圧接続端子と、
第2基準電圧の供給を受ける第2基準電圧接続端子と、
前記第1アナログ端子から前記第1アナログ信号のサンプルデータを取り込んで保持するとともに前記第1アナログ信号の比較の対象となる比較信号を生成する第1デジタルアナログ変換器と、
前記第2アナログ端子から前記第2アナログ信号のサンプルデータを取り込んで保持するとともに前記第2アナログ信号の比較の対象となる比較信号を生成する第2デジタルアナログ変換器と、
前記第1デジタルアナログ変換器と第2デジタル変換器の出力側を相互に開閉可能に接続する第1スイッチと、
前記第1スイッチが開放されたときに、前記第1アナログ信号および第2アナログ信号の差分値と前記第1デジタルアナログ変換器の出力信号および第2デジタルアナログ変換器の出力信号の差分値とを比較する比較器と、
前記第1アナログ端子および第2アナログ端子の電位変動を制御する電位制御回路と、を備え、
前記第1デジタルアナログ変換器は、複数の容量素子と前記複数の容量素子のそれぞれの入力側端子を前記第1アナログ端子、第1基準電圧端子、および第2基準電圧端子のいず
れかに接続する複数の第1スイッチ群と前記複数の容量素子のそれぞれの入力側端子に対向する複数の出力側端子を共通に接続する第1共通端子と、を有し、
前記第2デジタルアナログ変換器は、複数の容量素子と前記複数の容量素子のそれぞれの入力側端子を前記第2アナログ端子、第1基準電圧端子、および第2基準電圧端子のいずれかに接続する複数の第2スイッチ群と前記複数の容量素子のそれぞれの入力側端子に対向する複数の出力側端子を共通に接続する第2共通端子とを有し、
第1入力スイッチおよび第2入力スイッチが前記第1アナログ信号および第2アナログ信号を前記第1アナログ端子および第2アナログ端子に入力することにより前記第1デジタルアナログ変換器および前記第2デジタルアナログ変換器が第1アナログ信号および第2アナログ信号のサンプルデータを取り込む時点では、第1スイッチにより前記第1共通端子と第2共通端子とが相互に接続され、前記取り込みが完了したときには前記第1共通端子と第2共通端子との接続が開放され、
前記電位制御回路は、前記第1アナログ信号および第2アナログ信号のサンプルデータの取り込みが完了した後第1入力スイッチおよび第2入力スイッチが開放されるときに、前記第1アナログ端子の電位および第2アナログ端子の電位の変動を抑制する、アナログデジタル変換回路。
<Others>
(Appendix 1)
A first analog terminal to which a first analog signal is input;
A first input switch for inputting a first analog signal to the first analog terminal;
A second analog terminal to which a second analog signal is input;
A second input switch for inputting a second analog signal to the second analog terminal;
A first reference voltage connection terminal that receives supply of the first reference voltage;
A second reference voltage connection terminal that receives supply of the second reference voltage;
A first digital-to-analog converter that captures and holds sample data of the first analog signal from the first analog terminal and generates a comparison signal to be compared with the first analog signal;
A second digital-to-analog converter that captures and holds sample data of the second analog signal from the second analog terminal and generates a comparison signal to be compared with the second analog signal;
A first switch for connecting the output sides of the first digital-analog converter and the second digital converter to each other so as to be openable and closable;
When the first switch is opened, a difference value between the first analog signal and the second analog signal and a difference value between the output signal of the first digital-analog converter and the output signal of the second digital-analog converter are obtained. A comparator to compare;
A potential control circuit for controlling potential fluctuations of the first analog terminal and the second analog terminal;
The first digital-analog converter connects a plurality of capacitive elements and respective input side terminals of the plurality of capacitive elements to any one of the first analog terminal, the first reference voltage terminal, and the second reference voltage terminal. A first common terminal that commonly connects a plurality of first switch groups and a plurality of output side terminals facing the input side terminals of the plurality of capacitive elements;
The second digital-analog converter connects a plurality of capacitive elements and respective input-side terminals of the plurality of capacitive elements to any one of the second analog terminal, the first reference voltage terminal, and the second reference voltage terminal. A plurality of second switch groups and a second common terminal commonly connecting a plurality of output side terminals opposed to respective input side terminals of the plurality of capacitive elements;
When the first input switch and the second input switch input the first analog signal and the second analog signal to the first analog terminal and the second analog terminal, the first digital-analog converter and the second digital-analog conversion When the sampler captures the sample data of the first analog signal and the second analog signal, the first common terminal and the second common terminal are connected to each other by the first switch, and when the capture is completed, the first common terminal The connection between the terminal and the second common terminal is released;
When the first input switch and the second input switch are opened after the sampling of the sample data of the first analog signal and the second analog signal is completed, the potential control circuit 2Analog-to-digital conversion circuit that suppresses fluctuations in potential at analog terminals.

(付記2)
前記電位制御回路は、前記第1アナログ端子と第2アナログ端子を相互に開閉可能に接続する第2スイッチを有し、
前記第1デジタル信号および第2デジタル信号のサンプルデータの取り込みが完了した後第1入力スイッチおよび第2入力スイッチが開放されるときに、第1スイッチによる接続が開放され、第2スイッチにより前記第1アナログ端子と第2アナログ端子とが相互に接続される、付記1に記載のアナログデジタル変換器。
(Appendix 2)
The potential control circuit includes a second switch that connects the first analog terminal and the second analog terminal so as to be openable and closable with each other.
When the first input switch and the second input switch are opened after the sampling of the sample data of the first digital signal and the second digital signal is completed, the connection by the first switch is released, and the first switch is opened by the second switch. The analog-digital converter according to appendix 1, wherein one analog terminal and a second analog terminal are connected to each other.

(付記3)
前記第1入力スイッチおよび第2入力スイッチのそれぞれは、ゲート電圧が前記第1基準電圧から第2基準電圧の間で制御されることにより開閉動作するMOSトランジスタをそれぞれ有し、
前記電位制御回路は、
ソースおよびドレインが前記第1アナログ端子に接続されるとともにゲートが前記第1基準電圧から第2基準電圧の間で制御される第1調整MOSトランジスタと、
ソースおよびドレインが前記第2アナログ端子に接続されるとともにゲートが前記第1基準電圧から第2基準電圧の間で制御される第2調整MOSトランジスタと、
前記第1デジタル信号および第2デジタル信号のサンプルデータの取り込みが完了した後、前記第1入力スイッチのMOSトランジスタのゲート電圧を第1基準電圧と第2基準電圧との間で制御することにより第1入力スイッチが開放されるときに、前記第1調整MOSトランジスタのゲート電圧を前記第1入力スイッチのMOSトランジスタのゲート電圧とは逆方向に制御し、前記第2入力スイッチのMOSトランジスタのゲート電圧を第1基準電圧と第2基準電圧との間で制御することにより第2入力スイッチが開放されるときに、前記第2調整MOSトランジスタのゲート電圧を前記第2入力スイッチのMOSトランジスタのゲート電圧とは逆方向に制御するゲート制御回路と、を有する付記1に記載のアナログデジタル変換器。
(Appendix 3)
Each of the first input switch and the second input switch has a MOS transistor that opens and closes when a gate voltage is controlled between the first reference voltage and the second reference voltage,
The potential control circuit includes:
A first adjustment MOS transistor having a source and a drain connected to the first analog terminal and a gate controlled between the first reference voltage and a second reference voltage;
A second adjustment MOS transistor having a source and a drain connected to the second analog terminal and a gate controlled between the first reference voltage and the second reference voltage;
After the sampling of the sample data of the first digital signal and the second digital signal is completed, the gate voltage of the MOS transistor of the first input switch is controlled between the first reference voltage and the second reference voltage. When the one input switch is opened, the gate voltage of the first adjustment MOS transistor is controlled in the direction opposite to the gate voltage of the MOS transistor of the first input switch, and the gate voltage of the MOS transistor of the second input switch When the second input switch is opened by controlling between the first reference voltage and the second reference voltage, the gate voltage of the second adjustment MOS transistor is set to the gate voltage of the MOS transistor of the second input switch. The analog-digital converter of Claim 1 which has a gate control circuit controlled to a reverse direction.

(付記4)
前記第1スイッチおよび第2スイッチは、それぞれ、第1導電型の第1MOSトランジスタと第2導電型の第2MOSトランジスタを有し、第1MOSトランジスタのゲート電圧を第1基準電圧とするとともに第2MOSトランジスタのゲート電圧を第2基準電圧とすることにより導通され、第1MOSトランジスタのゲート電圧を第2基準電圧とするとともに第2MOSトランジスタのゲート電圧を第1基準電圧とすることにより遮断され、
前記第1調整MOSトランジスタおよび第2調整MOSトランジスタは、それぞれ、第1導電型の第3MOSトランジスタと第2導電型の第4MOSトランジスタとを有し、前記第1MOSトランジスタのゲート電圧が第2基準電圧とされるとともに第2MOSトランジスタのゲート電圧が第1基準電圧とされるときに、前記第3MOSトランジスタのゲート電圧が第1基準電圧とされ、前記第4MOSトランジスタのゲート電圧が第2基準電圧とされる付記3に記載のアナログデジタル変換器。
(Appendix 4)
Each of the first switch and the second switch includes a first conductivity type first MOS transistor and a second conductivity type second MOS transistor, and the gate voltage of the first MOS transistor is used as a first reference voltage and the second MOS transistor is used. And the gate voltage of the first MOS transistor is set to the second reference voltage and the gate voltage of the second MOS transistor is set to the first reference voltage.
The first adjustment MOS transistor and the second adjustment MOS transistor each have a first conductivity type third MOS transistor and a second conductivity type fourth MOS transistor, and the gate voltage of the first MOS transistor is a second reference voltage. When the gate voltage of the second MOS transistor is the first reference voltage, the gate voltage of the third MOS transistor is the first reference voltage, and the gate voltage of the fourth MOS transistor is the second reference voltage. The analog-digital converter according to Appendix 3.

(付記5)
第1アナログ信号が入力される第1アナログ端子と、
第1アナログ端子に第1アナログ信号を入力する第1入力スイッチと、
第2アナログ信号が入力される第2アナログ端子と、
第2アナログ端子に第2アナログ信号を入力する第2入力スイッチと、
第1基準電圧の供給を受ける第1基準電圧接続端子と、
第2基準電圧の供給を受ける第2基準電圧接続端子と、
前記第1アナログ端子から前記第1アナログ信号のサンプルデータを取り込んで保持するとともに前記第1アナログ信号の比較の対象となる比較信号を生成する第1デジタルアナログ変換器と、
前記第2アナログ端子から前記第2アナログ信号のサンプルデータを取り込んで保持するとともに前記第2アナログ信号の比較の対象となる比較信号を生成する第2デジタルアナログ変換器と、
前記第1デジタルアナログ変換器と第2デジタル変換器の出力側を相互に開閉可能に接続する第1スイッチと、
前記第1アナログ信号および第2アナログ信号の差分値と前記第1デジタルアナログ変換器の出力信号および第2デジタルアナログ変換器の出力信号の差分値とを比較する比較器と、を備え、
前記第1デジタルアナログ変換器は、複数の容量素子と前記複数の容量素子のそれぞれの入力側端子を前記第1アナログ端子、第1基準電圧端子、および第2基準電圧端子のいずれかに接続する複数の第1スイッチ群と前記複数の容量素子のそれぞれの入力側端子に対向する出力側端子を接続する第1共通端子と、を有し、
前記第2デジタルアナログ変換器は、複数の容量素子と前記複数の容量素子のそれぞれの入力側端子を前記第2アナログ端子、第1基準電圧端子、および第2基準電圧端子のい
ずれかに接続する複数の第2スイッチ群と前記複数の容量素子のそれぞれの入力側端子に対向する出力側端子を接続する第2共通端子と、を有し、
前記第1デジタルアナログ変換器の前記複数の容量素子は、その複数の容量素子全体の容量の1/2に相当する容量の第1容量素子を含み、前記第1デジタル信号のサンプルデータの取り込みが完了した後には、その第1容量素子以外の容量素子の入力側端子には前記比較器の比較の結果に基づいて前記第1基準電圧端子、および第2基準電圧端子のいずれかが接続され、前記第1容量素子の入力側端子には前記比較器の比較の結果に拘わらず前記第1基準電圧端子が接続され、
前記第2デジタルアナログ変換器の前記複数の容量素子は、その複数の容量素子全体の容量の1/2に相当する容量の第2容量素子を含み、前記第2デジタル信号のサンプルデータの取り込みが完了した後には、その第2容量素子以外の容量素子の入力側端子には前記比較器の比較の結果に基づいて前記第1基準電圧端子、および第2基準電圧端子のいずれかが接続され、前記第2容量素子の入力側端子には前記比較器の比較の結果に拘わらず前記第2基準電圧端子が接続されるアナログデジタル変換回路。
(Appendix 5)
A first analog terminal to which a first analog signal is input;
A first input switch for inputting a first analog signal to the first analog terminal;
A second analog terminal to which a second analog signal is input;
A second input switch for inputting a second analog signal to the second analog terminal;
A first reference voltage connection terminal that receives supply of the first reference voltage;
A second reference voltage connection terminal that receives supply of the second reference voltage;
A first digital-to-analog converter that captures and holds sample data of the first analog signal from the first analog terminal and generates a comparison signal to be compared with the first analog signal;
A second digital-to-analog converter that captures and holds sample data of the second analog signal from the second analog terminal and generates a comparison signal to be compared with the second analog signal;
A first switch for connecting the output sides of the first digital-analog converter and the second digital converter to each other so as to be openable and closable;
A comparator that compares the difference value between the first analog signal and the second analog signal and the difference value between the output signal of the first digital-analog converter and the output signal of the second digital-analog converter;
The first digital-analog converter connects a plurality of capacitive elements and respective input side terminals of the plurality of capacitive elements to any one of the first analog terminal, the first reference voltage terminal, and the second reference voltage terminal. A first common terminal that connects a plurality of first switch groups and an output side terminal facing each input side terminal of the plurality of capacitive elements;
The second digital-analog converter connects a plurality of capacitive elements and respective input-side terminals of the plurality of capacitive elements to any one of the second analog terminal, the first reference voltage terminal, and the second reference voltage terminal. A second common terminal for connecting a plurality of second switch groups and an output side terminal facing each input side terminal of the plurality of capacitive elements;
The plurality of capacitive elements of the first digital-analog converter include a first capacitive element having a capacity corresponding to ½ of the total capacity of the plurality of capacitive elements, and the sample data of the first digital signal is captured. After completion, one of the first reference voltage terminal and the second reference voltage terminal is connected to the input side terminal of the capacitive element other than the first capacitive element based on the comparison result of the comparator, The first reference voltage terminal is connected to the input side terminal of the first capacitive element regardless of the comparison result of the comparator,
The plurality of capacitive elements of the second digital-analog converter include a second capacitive element having a capacity corresponding to ½ of the total capacity of the plurality of capacitive elements, and the sample data of the second digital signal is captured. After completion, one of the first reference voltage terminal and the second reference voltage terminal is connected to the input side terminal of the capacitive element other than the second capacitive element based on the comparison result of the comparator, An analog-to-digital conversion circuit in which the second reference voltage terminal is connected to an input side terminal of the second capacitive element regardless of a result of comparison by the comparator.

(付記6)
前記第1アナログ信号の信号レベルと第2アナログ信号の信号レベルを比較する比較器と、
前記比較の結果により、第1アナログ信号と第2アナログ信号と入れ替え、第1アナログ
端子に入力される信号レベルが第2アナログ端子に入力される信号レベルよりも高くなるようにするスイッチとさらに備える付記5に記載のアナログデジタル変換器。
(Appendix 6)
A comparator that compares the signal level of the first analog signal with the signal level of the second analog signal;
According to the result of the comparison, the first analog signal and the second analog signal are switched, and a switch is further provided so that the signal level input to the first analog terminal is higher than the signal level input to the second analog terminal. The analog-digital converter according to appendix 5.

COMP1 コンパレータ
NODE1
NODE2
S1、S2P、S2N、S3P、S3N、S4、SW2−SW5、SW8−SW11、SW13、SW14、SW15、SW16、SW19、SW20、SW21、SW22
スイッチ
Vrefp +側基準電位
Vrefn −側基準電位
TOP+ +側トッププレート
TOP− −側トッププレート
NM7、NM8 NMOSトランジスタ
PM7、PM8 PMOSトランジスタ
COMP1 Comparator NODE1
NODE2
S1, S2P, S2N, S3P, S3N, S4, SW2-SW5, SW8-SW11, SW13, SW14, SW15, SW16, SW19, SW20, SW21, SW22
Switch Vrefp + side reference potential Vrefn − side reference potential TOP + + side top plate TOP− − side top plate NM7, NM8 NMOS transistor PM7, PM8 PMOS transistor

Claims (2)

第1アナログ信号が入力される第1アナログ端子と、
前記第1アナログ端子に前記第1アナログ信号を入力する第1入力スイッチと、
第2アナログ信号が入力される第2アナログ端子と、
前記第2アナログ端子に前記第2アナログ信号を入力する第2入力スイッチと、
第1基準電圧の供給を受ける第1基準電圧接続端子と、
第2基準電圧の供給を受ける第2基準電圧接続端子と、
前記第1アナログ端子から前記第1アナログ信号のサンプルデータを取り込んで保持するとともに前記第1アナログ信号の比較の対象となる第1比較信号を生成する第1デジタルアナログ変換器と、
前記第2アナログ端子から前記第2アナログ信号のサンプルデータを取り込んで保持するとともに前記第2アナログ信号の比較の対象となる第2比較信号を生成する第2デジタルアナログ変換器と、
前記第1デジタルアナログ変換器の出力側と前記第2デジタルアナログ変換器の出力側を開放または導通する第1スイッチと、
前記第1アナログ信号および前記第2アナログ信号の差分値と前記第1デジタルアナログ変換器の出力信号および前記第2デジタルアナログ変換器の出力信号の差分値とを比較する比較器と、を備え、
前記第1デジタルアナログ変換器は、第1の複数の容量素子と前記第1の複数の容量素子のそれぞれの入力側端子を前記第1アナログ端子、前記第1基準電圧端子、および前記第2基準電圧端子のいずれかに接続する複数の第1スイッチ群と前記第1の複数の容量素子のそれぞれの入力側端子に対向する出力側端子を接続する第1共通端子と、を有し、
前記第2デジタルアナログ変換器は、第2の複数の容量素子と前記第2の複数の容量素子のそれぞれの入力側端子を前記第2アナログ端子、前記第1基準電圧端子、および前記第2基準電圧端子のいずれかに接続する複数の第2スイッチ群と前記第2の複数の容量素子のそれぞれの入力側端子に対向する出力側端子を接続する第2共通端子と、を有し、
前記第1の複数の容量素子は、前記第1の複数の容量素子全体の容量の1/2に相当する容量の第1容量素子を含み、前記第1アナログ信号のサンプルデータの取り込みが完了した後には、前記第1容量素子以外の容量素子の入力側端子には前記比較器の比較の結果に基づいて前記第1基準電圧端子、および前記第2基準電圧端子のいずれかが接続され、前記第1容量素子の入力側端子には前記比較器の比較の結果に拘わらず前記第1基準電圧端子が接続され、
前記第2の複数の容量素子は、前記第2の複数の容量素子全体の容量の1/2に相当する容量の第2容量素子を含み、前記第2アナログ信号のサンプルデータの取り込みが完了した後には、前記第2容量素子以外の容量素子の入力側端子には前記比較器の比較の結果に基づいて前記第1基準電圧端子、および前記第2基準電圧端子のいずれかが接続され、前記第2容量素子の入力側端子には前記比較器の比較の結果に拘わらず前記第2基準電圧端子が接続されるアナログデジタル変換器。
A first analog terminal to which a first analog signal is input;
A first input switch for inputting the first analog signal to the first analog terminal;
A second analog terminal to which a second analog signal is input;
A second input switch for inputting the second analog signal to the second analog terminal;
A first reference voltage connection terminal that receives supply of the first reference voltage;
A second reference voltage connection terminal that receives supply of the second reference voltage;
A first digital-to-analog converter that captures and holds sample data of the first analog signal from the first analog terminal and generates a first comparison signal to be compared with the first analog signal;
A second digital-to-analog converter that captures and holds sample data of the second analog signal from the second analog terminal and generates a second comparison signal to be compared with the second analog signal;
A first switch that opens or conducts an output side of the first digital-analog converter and an output side of the second digital-analog converter;
A comparator for comparing a difference value between the first analog signal and the second analog signal and a difference value between an output signal of the first digital-analog converter and an output signal of the second digital-analog converter;
In the first digital-analog converter, the input terminals of the first plurality of capacitive elements and the first plurality of capacitive elements are connected to the first analog terminal, the first reference voltage terminal, and the second reference, respectively. A plurality of first switch groups connected to any one of the voltage terminals and a first common terminal connecting an output side terminal facing each input side terminal of the first plurality of capacitive elements;
The second digital-to-analog converter has input terminals of the second plurality of capacitive elements and the second plurality of capacitive elements as the second analog terminal, the first reference voltage terminal, and the second reference, respectively. A plurality of second switch groups connected to any one of the voltage terminals, and a second common terminal connecting an output side terminal facing each input side terminal of the second plurality of capacitive elements,
The first plurality of capacitive elements includes a first capacitive element having a capacity corresponding to ½ of the total capacity of the first plurality of capacitive elements, and capturing of sample data of the first analog signal has been completed. Later, either the first reference voltage terminal or the second reference voltage terminal is connected to an input side terminal of a capacitive element other than the first capacitive element based on a result of comparison of the comparator, The first reference voltage terminal is connected to the input side terminal of the first capacitive element regardless of the result of the comparison of the comparator,
The second plurality of capacitive elements includes a second capacitive element having a capacity corresponding to ½ of the overall capacity of the second plurality of capacitive elements, and capturing of the sample data of the second analog signal has been completed. Later, either the first reference voltage terminal or the second reference voltage terminal is connected to the input side terminal of the capacitive element other than the second capacitive element based on the comparison result of the comparator, An analog-to-digital converter in which the second reference voltage terminal is connected to the input-side terminal of the second capacitance element regardless of the comparison result of the comparator.
前記第1アナログ信号の信号レベルと前記第2アナログ信号の信号レベルを比較する比較器と、
前記比較器の結果により、前記第1アナログ信号と前記第2アナログ信号と入れ替え、前記第1アナログ端子に入力される信号レベルが第2アナログ端子に入力される信号レベルよりも高くなるようにする第2スイッチとさらに備える請求項1に記載のアナログデジタル変換器。
A comparator that compares the signal level of the first analog signal with the signal level of the second analog signal;
Depending on the result of the comparator, the first analog signal and the second analog signal are interchanged so that the signal level input to the first analog terminal is higher than the signal level input to the second analog terminal. The analog-digital converter according to claim 1, further comprising a second switch.
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