JP2014230012A - 逐次比較型a/d変換器及びその駆動方法 - Google Patents

逐次比較型a/d変換器及びその駆動方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2014230012A
JP2014230012A JP2013106770A JP2013106770A JP2014230012A JP 2014230012 A JP2014230012 A JP 2014230012A JP 2013106770 A JP2013106770 A JP 2013106770A JP 2013106770 A JP2013106770 A JP 2013106770A JP 2014230012 A JP2014230012 A JP 2014230012A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
converter
successive approximation
voltage
output
switch
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2013106770A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6131102B2 (ja
Inventor
鉄郎 大倉
Tetsuro Okura
鉄郎 大倉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Spansion LLC
Original Assignee
Spansion LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Spansion LLC filed Critical Spansion LLC
Priority to JP2013106770A priority Critical patent/JP6131102B2/ja
Publication of JP2014230012A publication Critical patent/JP2014230012A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6131102B2 publication Critical patent/JP6131102B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Abstract

【課題】比較部のオフセット電圧の影響を低減できる逐次比較型A/D変換器及びその駆動方法を提供する。
【解決手段】逐次比較型A/D変換器30は、抵抗ラダーを含み、アナログ入力信号及び制御コードに応じた電圧を第1の出力端子N11,N12から出力するD/A変換部11a,11b,12と、D/A変換部11a,11b,12の第1の出力端子N11,N12に接続された比較部33と、比較部33の出力に応じて制御コードを出力する制御部34とを有する。比較部33には、D/A変換部11a,11b,12の抵抗ラダーから比較部33のオフセット電圧をキャンセルする電圧が供給される。
【選択図】図10

Description

本発明は、逐次比較型A/D変換器及びその駆動方法に関する。
逐次比較型A/D変換器(SAR-ADC:Successive Approximation Resistor Analog-to-Digital Converter)は、比較的安価に製造できるとともに比較的高速な変換が可能であるという利点を有している。また、逐次比較型A/D変換器は、例えばマイクロコントローラ(MCU)等の半導体デバイスに内蔵され、種々の用途に広く利用されている。
代表的な逐次比較型A/D変換器は、サンプリング回路と、D/A変換器(Digital-to-Analog Converter)と、比較部と、逐次比較レジスタ等のロジック回路とを備える。ロジック回路は、サンプリング回路でサンプリングしたアナログ信号の電圧とD/A変換器の出力電圧との差が最も小さくなるように、D/A変換器の入力コード(デジタルコード)を順次変更する。そして、ロジック回路は、アナログ信号の電圧とD/A変換器の出力電圧との差が最も小さくなったときのD/A変換器の入力コードを解として出力する。
逐次比較型A/D変換器では、解を求める際に、解を含む区間の中間点を求める操作を繰り返す。この手法は、二分探索と呼ばれている。この二分探索を行う際に、比較部のオフセット電圧が逐次比較型A/D変換器の性能を制限する要因となっている。
また、逐次比較型A/D変換器では、例えば14ビット以上の高分解能を実現するために、自己補正機能を有するD/A変換器が用いられる。しかし、比較部のオフセット電圧はD/A変換器の自己補正にも影響を及ぼし、D/A変換器の自己補正の精度を劣化させてしまう。
特開2011−77902号公報 特開2011−205230号公報 特開2012−74979号公報
H. Xiaozong, Z. Jing, G. Weiqi, S. Jiangang and W. Hui, "A 16-bit, 250ksps successive approximation register ADC based on the charge-redistribution technique," Electron Devices and Solid-State Circuits (EDSSC), 2011 International Conference of, pp.1-4
比較部のオフセット電圧の影響を低減できる逐次比較型A/D変換器及びその駆動方法を提供することを目的とする。
開示の技術の一観点によれば、抵抗ラダーを含み、アナログ入力信号及び制御コードに応じた電圧を第1の出力端子から出力するD/A変換部と、前記D/A変換部の前記第1の出力端子に接続された比較部と、前記比較部の出力に応じて前記制御コードを出力する制御部とを有し、前記比較部には、前記抵抗ラダーから前記比較部のオフセット電圧をキャンセルする電圧が供給される逐次比較型A/D変換器が提供される。
開示の技術の他の一観点によれば、抵抗ラダーを含むD/A変換部と、比較部と、制御部とを備え、サンプルフェーズとコンバージョンフェーズとを交互に実行してアナログ入力信号に対応するデジタルコードを決定する逐次比較型A/D変換器の駆動方法において、前記サンプルフェーズの間に前記D/A変換部から前記比較部に当該比較部内の比較回路のオフセット電圧に対応する電圧を前記抵抗ラダーにて生成して容量に保持し、前記コンバージョンフェーズでは前記容量に保持した電荷により前記比較回路のオフセット電圧をキャンセルする逐次比較型A/D変換器の駆動方法が提供される。
上記一観点に係る逐次比較型A/D変換器及び駆動方法によれば、D/A変換部を使用して比較部のオフセット電圧をキャンセルする電圧を生成する。これにより、逐次比較型A/D変換器の構成を簡単にすることができる。
図1は、逐次比較型A/D変換器の一例を示す回路図(その1)である。 図2は、逐次比較型A/D変換器の一例を示す回路図(その2)である。 図3(a),(b)は、図1,図2中の容量D/A変換器を拡大して示す図である。 図4は、図1,図2中の抵抗D/A変換器を拡大して示す図である。 図5は、図1,図2中のコンパレータを拡大して示す図である。 図6(a),(b)は、コンバージョンフェーズにおける容量D/A変換器内のスイッチの状態を示す図である。 図7は、コンバージョンフェーズにおけるコンパレータ内のスイッチの状態を示す図である。 図8は、逐次比較型A/D変換器の他の例を示す回路図である。 図9は、図8中のコンパレータを拡大して示す図である。 図10は、第1の実施形態に係る逐次比較型A/D変換器を示す回路図(その1)である。 図11は、第1の実施形態に係る逐次比較型A/D変換器を示す回路図(その2)である。 図12は、図10,図11中のコンパレータを拡大して示す図である。 図13(a),(b)は、前置増幅器の回路構成例を示す図である。 図14は、ダイナミックラッチ回路の回路構成例を示す図である。 図15は、通常動作時における第1のクロック信号、第2のクロック信号及び第3のクロック信号のタイミングチャートである。 図16は、制御コードの決定方法を示すフローチャートである。 図17は、第1の実施形態に係る逐次比較型A/D変換器の動作を示すフローチャートである。 図18は、第2の実施形態に係る逐次比較型A/D変換器を示す回路図(その1)である。 図19は、第2の実施形態に係る逐次比較型A/D変換器を示す回路図(その2)である。 図20は、図18,図19中のコンパレータを拡大して示す図である。 図21は、制御コードの決定方法を示すフローチャートである。
以下、実施形態について説明する前に、実施形態の理解を容易にするための予備的事項について説明する。
前述したように、比較部のオフセット電圧は、逐次比較型A/D変換器の性能に影響する。
オートゼロ(Auto-zero)機能を有する前置増幅器とダイナミックラッチ回路とで構成された比較部を使用することで、比較部のオフセット電圧による影響を低減することができる。
図1,図2は、この種の比較部を使用した逐次比較型A/D変換器の一例を示す回路図である。図1はサンプルフェーズの状態を示し、図2はコンバージョンフェーズの状態を示している。
図1,図2に例示する逐次比較型A/D変換器10は、容量D/A変換器11a,11bと、複数の抵抗素子が直列に接続された抵抗ラダーを有する抵抗D/A変換器12と、コンパレータ13と、ロジック回路14と、デコーダ15a,15bと、スイッチSW1,SW2とを有する。コンパレータ13は比較部の一例である。
容量D/A変換器11a,11bは解となるデジタルコードの上位Nビット(Nは任意の整数)を決定し、抵抗D/A変換器12は解となるデジタルコードの下位Mビット(Mは任意の整数)を決定する。
図3(a)は図1,図2中の容量D/A変換器11aを拡大して示す図、図3(b)は図1,図2中の容量D/A変換器11bを拡大して示す図である。
容量D/A変換器11aは、図3(a)に示すように、複数の容量C1,0',C1,0〜C1,N-1と、スイッチS1,0',S1,0〜S1,N-1と、スイッチS2,0,〜S2,N-1と、スイッチSA1,0〜SA1,N-1とを有する。
容量C1,0',C1,0の容量値をCとしたときに、容量C1,1の容量値は2C、…、容量C1,N-2の容量値は2N-2C、容量C1,N-1の容量値は2N-1Cというように設定されている。
スイッチS1,0',S1,0〜S1,N-1は第1のクロック信号によりオン−オフ動作し、スイッチS2,0〜S2,N-1は第2のクロック信号によりオン−オフ動作する。また、スイッチSA1,0〜SA1,N-1は、ロジック回路14から出力される信号により切替動作する。
端子23aには正負一対のアナログ入力信号のうちのプラス側の信号Vinpが供給される。この端子23aは、スイッチS1,0',S1,0〜S1,N-1の各接点aに接続されている。また、スイッチS1,0',S1,0〜S1,N-1の接点bは、それぞれ対応する容量C1,0',C1,0〜C1,N-1のボトムプレートに接続されている。更に、容量C1,0',C1,0〜C1,N-1のトッププレートは、いずれもノードN11に接続されている。
スイッチS2,0〜S2,N-1の接点aはそれぞれ対応するスイッチSA1,0〜SA1,N-1の共通接点cに接続され、接点bはそれぞれ対応する容量C1,0〜C1,N-1のボトムプレートに接続されている。
また、スイッチSA1,0〜SA1,N-1の接点aはいずれも端子22aに接続されており、接点bはいずれも端子21aに接続されている。端子21aにはプラス側参照電圧Vrefpが供給され、端子22aにはマイナス側参照電圧Vrefmが供給される。
容量C1,0'のボトムプレートは、更に容量D/A変換器11aと抵抗D/A変換器12との間に配置されたスイッチSW1の接点bに接続されている。
図3(b)に示すように、容量D/A変換器11bも、複数の容量C2,0',C2,0〜C2,N-1と、スイッチS3,0',S3,0〜S3,N-1と、スイッチS4,0〜S4,N-1と、スイッチSB1,0〜SB1,N-1とを有する。
容量C2,0',C2,0の容量値をCとしたときに、容量C2,1の容量値は2C、…、容量C2,N-2の容量値は2N-2C、容量C2,N-1の容量値は2N-1Cというように設定されている。
スイッチS3,0',S3,0〜S3,N-1は第1のクロック信号によりオン−オフ動作し、スイッチS4,0〜S4,N-1は第2のクロック信号によりオン−オフ動作する。また、スイッチSB1,0〜SB1,N-1は、ロジック回路14から出力される信号により切替動作する。
端子23bには正負一対のアナログ入力信号のうちのマイナス側の信号Vinmが供給される。この端子23bは、スイッチS3,0',S3,0,〜S3,N-1の各接点aに接続されている。また、スイッチS3,0',S3,0,〜S3,N-1の各接点bは、それぞれ対応する容量C2,0',C2,0〜C2,N-1のボトムプレートに接続されている。更に、容量C2,0',C2,0〜C2,N-1のトッププレートは、いずれもノードN12に接続されている。
スイッチS4,0〜S4,N-1の接点aはそれぞれ対応するスイッチSB1,0〜SB1,N-1の共通接点cに接続され、接点bはそれぞれ対応する容量C2,0〜C2,N-1のボトムプレートに接続されている。
スイッチSB1,0〜SB1,N-1の接点aはいずれも端子22bに接続されており、接点bはいずれも端子21bに接続されている。端子21bにはプラス側参照電圧Vrefpが供給され、端子22bにはマイナス側参照電圧Vrefmが供給される。
容量C2,0'のボトムプレートは、更に容量D/A変換器11bと抵抗D/A変換器12との間に配置されたスイッチSW2の接点bに接続されている。
図4は、図1,図2中の抵抗D/A変換器12を拡大して示す図である。この図4に示すように、抵抗D/A変換器12は、2M個の抵抗R1〜R2Mと、スイッチSC1〜SC2M-1と、スイッチSD〜SD2M-1とを有する。
抵抗R1〜R2Mは、プラス側参照電圧Vrefpが供給される端子24aとマイナス側参照電圧Vrefmが供給される端子24bとの間に直列接続されている。これらの抵抗R1〜R2Mの抵抗値は同一に設定されている。
スイッチSC1〜SC2M-1は、各抵抗R1〜R2M間のノードNR1〜NR2M-1とノードN31との間にそれぞれ接続されている。ノードN31は、容量D/A変換器11aと抵抗D/A変換器12との間に配置されたスイッチSW1の接点aに接続されている。
また、スイッチSD1〜SD2M-1は、各抵抗R1〜R2M間のノードNR1〜NR2M-1とノードN32との間にそれぞれ接続されている。ノードN32は、容量D/A変換器11bと抵抗D/A変換器12との間に配置されたスイッチSW2の接点aに接続されている。
スイッチSC1〜SC2M-1はデコーダ15aから出力される信号に応じてオン−オフ動作し、スイッチSD1〜SD2M-1はデコーダ15bから出力される信号に応じてオン−オフ動作する。
図5は、図1,図2中のコンパレータ13を拡大して示す図である。この図5に示すように、コンパレータ13は、複数(この例では3個)の前置増幅器A1,A2,A3と、ダイナミックラッチ回路16と、複数のスイッチSW11〜SW18とを有する。
前置増幅器A1の反転出力端子(−)と前置増幅器A2の非反転入力端子(+)との間には容量C31が接続され、前置増幅器A1の非反転出力端子(+)と前置増幅器A2の反転入力端子(−)との間には容量C32が接続されている。
また、前置増幅器A2の反転出力端子(−)と前置増幅器A3の非反転入力端子(+)との間には容量C33が接続され、前置増幅器A2の非反転出力端子(+)と前置増幅器A3の反転入力端子(−)との間には容量C34が接続されている。
更に、前置増幅器A3の反転出力端子(−)とダイナミックラッチ回路16の非反転入力端子(+)との間には容量C35が接続され、前置増幅器A2の非反転出力端子(+)とダイナミックラッチ回路16の反転入力端子(−)との間には容量C36が接続されている。
前置増幅器A1の非反転入力端子(+)は、スイッチSW11の接点bとノードN11とに接続されている。また、前置増幅器A1の反転入力端子(−)は、スイッチSW12の接点bとノードN12とに接続されている。スイッチSW11,SW12の接点aは、いずれも端子25に接続されている。端子25は、コモン電圧(Vcm)に保持される。
前置増幅器A2の非反転入力端子(+)と端子25との間にはスイッチSW13が接続されており、反転入力端子(−)と端子25との間にはスイッチSW14が接続されている。また、前置増幅器A3の非反転入力端子(+)と端子25との間にはスイッチSW15が接続されており、反転入力端子(−)と端子25との間にはスイッチSW16が接続されている。
更に、ダイナミックラッチ回路16の非反転入力端子(+)と端子25との間にはスイッチSW17が接続されており、反転入力端子(−)と端子25との間にはスイッチSW18が接続されている。このダイナミックラッチ回路16の出力は、ロジック回路14に入力される。
ロジック回路14は、サンプルフェーズ及びコンバージョンフェーズの各フェーズにおいて、所定のタイミングでスイッチSW1,SW2、並びに容量D/A変換器11a,11b、抵抗D/A変換器12及びコンパレータ15内の各スイッチを制御する。
以下、上述の逐次比較型A/D変換器10の動作について説明する。
サンプルフェーズでは、第1のクロック信号が“H”となり、第2のクロック信号が“L”となる。そして、図1のように、スイッチSW1,SW2がオフとなり、容量D/A変換器11a,11bと抵抗D/A変換器12との間が電気的に分離される。
また、図3(a),(b)に示すように、容量D/A変換器11a内のスイッチS1,0’,S1,0〜S1,N-1がオンとなり、スイッチS2,0〜S2,N-1がオフとなり、入力端子23aに供給されたプラス側差動入力信号Vinpが容量C1,0',C1,0〜C1,N-1に保持される。
これと同様に、容量D/A変換器11b内のスイッチS3,0',S3,0〜S3,N-1がオンとなり、スイッチS4,0〜S4,N-1がオフとなり、入力端子23bに供給されたマイナス側差動入力信号Vinmが容量C2,0',C2,0〜C2,Nに保持される。
このとき、図5に示すように、コンパレータ13のスイッチSW11〜SW18はいずれもオンとなり、前置増幅器A1,A2,A3及びダイナミックラッチ回路16の非反転入力端子(+)及び反転入力端子(−)はいずれもコモン電圧に保持される。
そして、容量C31,C32には前置増幅器A1のオフセット電圧に対応する電荷が蓄積され、容量C33,C34には前置増幅器A2のオフセット電圧に対応する電荷が蓄積され、容量C35,C36には前置増幅器A3のオフセット電圧に対応する電荷が蓄積される。
次に、サンプルフェーズからコンバージョンフェーズに移行する。コンバージョンフェーズでは、第1のクロック信号が“L”となり、第2のクロック信号が“H”となる。そして、図2のように、スイッチSW1,SW2がオンとなる。
また、図6(a),(b)に示すように、容量D/A変換器11a,11b内のスイッチS1,0’,S1,0〜S1,N-1,S3,0’,S3,0〜S2,N-1がオフとなり、スイッチS2,0〜S2,N-1,S4,0〜S4N-1がオンとなる。更に、図7に示すように、コンパレータ13内の各スイッチSW11〜SW18がいずれもオフとなる。
そして、ロジック回路14は、容量D/A変換器11a,11bのスイッチSA1,0〜SA1,N-1及びスイッチSB1,0〜SB1,N-1を所定の順番でオン−オフ動作させ、二分探索法により上位ビットから順に解を探索していく。
上位Nビットが確定すると、ロジック回路14は更にデコーダ15a,15bを介して抵抗D/A変換器12内のスイッチSC1〜SC2M-1,SD1〜SD2M-1を所定の順番でオン−オフ動作させ、下位Mビットを探索していく。
このようにして上位Nビット及び下位Mビットが確定すると、ロジック回路14から、端子23a,23bに入力されたアナログ信号に対応するデジタルコードDoutが出力される。
ところで、コンバージョンフェーズでは、サンプルフェーズの間に容量C31〜C36に蓄積された電荷により、前置増幅器A1,A2,A3のオフセット電圧の影響がキャンセルされる。すなわち、図7に示すコンパレータ13では、前置増幅器A1,A2,A3の出力側に配置された容量C31〜C36により、前置増幅器A1,A2,A3のオートゼロ機能が実現される。これにより、高精度のD/A変換が可能になる。
上述した逐次比較型A/D変換器10では、前置増幅器A1,A2,A3のオフセット電圧はオートゼロ機能により低減され、ダイナミックラッチ回路16の入力換算オフセット電圧は、前置増幅器A1,A2,A3の利得の逆数倍されることで低減される。従って、前置増幅器の数が多いほど、ダイナミックラッチ回路16の入力換算オフセット電圧の影響が低減される。
しかし、上述の逐次比較型A/D変換器10では、高分解能が要求されるほど、オフセット電圧による影響を低減するために多数の前置増幅器が必要になる。そのため、半導体デバイスの小型化が阻害されるとともに、消費電力が多くなるという欠点がある。
図8は逐次比較型A/D変換器の他の例を示す回路図、図9は図8中のコンパレータ13aを拡大して示す図である。なお、図8において、図1と同一物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
図8に例示する逐次比較型A/D変換器10aでは、コンパレータ13aが、ダイナミックラッチ回路16aと、デコーダ26a,26bと、D/A変換器27a,27bと、スイッチSW21,SW22とにより構成されている。
図9のようにダイナミックラッチ回路16aの非反転入力端子(+)はノードN11に接続され、反転入力端子(−)はノードN12に接続されている。また、ダイナミックラッチ回路16aの非反転入力端子(+)と端子25との間にはスイッチSW21が接続されており、反転入力端子(−)と端子25との間にはスイッチSW22が接続されている。
ロジック回路14aは、デコーダ26a,26b及びD/A変換器27a,27bを使用して、オフセット電圧が最も小さくなるようにダイナミックラッチ回路16aを補正する。
しかし、図8に例示する逐次比較型A/D変換器10aでは、高分解能が要求される場合に、分解能が高いD/A変換器が必要となる。しかし、高分解能のD/A変換器は小型化が困難であり、消費電力も大きい。
また、図8に例示する逐次比較型A/D変換器10aでは、ダイナミックラッチ回路16aのオフセット電圧が温度や電源電圧に応じて変化するため、温度又は電源電圧の変動により補正エラーが発生するという問題もある。
以下の実施形態では、比較的簡単な構成でコンパレータのオフセット電圧の影響を低減できる逐次比較型A/D変換器及びその駆動方法について説明する。
(第1の実施例)
図10,図11は、第1の実施形態に係る逐次比較型A/D変換器を示す回路図である。図10はサンプルフェーズの状態を示し、図11はコンバージョンフェーズの状態を示している。図10,図11において、図1,図2と同一物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
図10,図11に示すように、本実施形態に係る逐次比較型A/D変換器30は、容量D/A変換器11a,11bと、抵抗D/A変換器12と、コンパレータ33と、ロジック回路34と、デコーダ35a,35bと、スイッチSW1,SW2とを有する。
D/A変換部は、容量D/A変換器11a,11bと、抵抗D/A変換器12と、スイッチSW1,SW2とを含んで構成される。容量D/A変換器11a,11bは第1のD/A変換器の一例であり、抵抗D/A変換器12は第2のD/A変換器の一例である。また、スイッチSW1,SW2はスイッチ素子の一例である。
容量D/A変換器11a,11b及び抵抗D/A変換器12の構成は図3(a),(b)及び図5を参照して既に説明しているので、ここではその説明は省略する。但し、本実施形態では、抵抗D/A変換器12内のノードN31,N32が、コンパレータ33内のスイッチSW53,SW54に接続されている。
ノードN11,N12はD/A変換部の第1の出力端子の一例であり、ノードN31,N32はD/A変換部の第2の出力端子の一例である。
図12は、図10,図11中のコンパレータ33を拡大して示す図である。この図12に示すように、コンパレータ33は、前置増幅器A11と、ダイナミックラッチ回路39と、容量C61,C62と、スイッチSW51〜SW54とを有する。
コンパレータ33は比較部の一例であり、ダイナミックラッチ回路39は比較回路の一例である。また、容量C61,C62は第1の容量の一例である。更に、スイッチSW53,W54は第1のスイッチの一例である。
本実施形態では、容量D/A変換器11a,11bのビット数をNとしたときに、前置増幅器A11の利得Aは2N以上(A≧2N)であるものとする。
前置増幅器A11の非反転入力端子(+)はノードN11及びスイッチSW51の接点bに接続されており、反転入力端子(−)はノードN12及びスイッチSW52の接点bに接続されている。また、スイッチSW51の接点a及びスイッチSW52の接点aは、いずれも端子25に接続されている。端子25は、コモン電圧(Vcm)に保持される。
前置増幅器A11の反転出力端子(−)は容量C61のボトムプレートに接続されており、容量C61のトッププレートはダイナミックラッチ回路39の非反転入力端子(+)に接続されている。また、前置増幅器A11の非反転出力端子(+)は容量C62のボトムプレートに接続されており、容量C62のトッププレートはダイナミックラッチ回路39の反転入力端子(−)に接続されている。
スイッチSW53の接点aは抵抗D/A変換器12内のノードN31に接続されており、接点bはダイナミックラッチ回路39の非反転入力端子(+)に接続されている。また、スイッチSW54の接点aは抵抗D/A変換器12内のノードN32に接続されており、接点bはダイナミックラッチ回路39の反転入力端子(−)に接続されている。
スイッチSW51〜SW54は、いずれも第1のクロック信号によりオン−オフ動作する。
図13(a),(b)は前置増幅器A11の回路構成例を示す図である。図13(a)は能動負荷の前置増幅器であり、電流源I1と4個のトランジスタQ11〜Q14とにより構成されている。図13(b)は受動負荷の前置増幅器であり、電流源I2と2個のトランジスタQ21,Q22と2個の抵抗R1,R2とにより構成されている。
図14はダイナミックラッチ回路39の回路構成例を示す図である。この図14に示すダイナミックラッチ回路は、9個のトランジスタQ31〜Q39により構成されている。
ロジック回路34は、図10,図11に示すように、レジスタ34a及びクロックジェネレータ34bを備えている。レジスタ34aには、後述するように、ダイナミックラッチ回路39のオフセット電圧に対応する制御コードが記憶される。ロジック回路34は制御部の一例であり、レジスタ34aは記憶部の一例である。
クロックジェネレータ34bは、第1のクロック信号、第2のクロック信号及び第3のクロック信号を生成する。
図15は、通常動作時における第1のクロック信号Clk1、第2のクロック信号Clk2及び第3のクロック信号Clk3のタイミングチャートである。
図15からわかるように、第1のクロック信号Clk1が“H”のときには第2のクロック信号Clk2が“L”になり、第1のクロック信号Clk1が“L”のときには第2のクロック信号Clk2が“H”になる。
通常動作時には、第1のクロック信号Clk1が“H”になるとサンプルフェーズとなり、第2のクロック信号Clk2が“H”になるとコンバージョンフェーズとなる。そして、コンバージョンフェーズでは、所定の周波数の第3のクロック信号Clk3が出力される。
容量D/A変換器11a,11b内のスイッチS1,0',S1,0〜S1,N-1,S3,0',S3,0〜S3,N-1及びコンパレータ33内のスイッチSW51〜SW54は、第1のクロック信号Clk1が“H”のときにオンになり、“L”のときにオフになる。
また、スイッチSW1,SW2及び容量D/A変換器11a,11b内のスイッチS2,0〜S2,N-1、S4,0〜S4,N-1は、第2のクロック信号Clk2が“H”のときにオンになり、“L”のときにオフとなる。
容量D/A変換器11a,11b内のスイッチSA1〜SAN-1,SB1,0〜SB1,N-1、及び抵抗D/A変換器12内のスイッチSC1〜SC2M-1,SD1〜SC2M-1は、第3のクロック信号Clk3に同期したタイミングでオン−オフ動作する。また、ダイナミックラッチ回路39も、第3のクロック信号Clk3に同期したタイミングで、前置増幅器A11から出力される信号をラッチする。
本実施形態では、ダイナミックラッチ回路39のオフセット電圧に相当する電圧を抵抗D/A変換器12(抵抗ラダー)で生成し、その電圧を容量C61,C62に印加する。そして、容量C61,C62に蓄積された電荷により、ダイナミックラッチ回路39のオフセット電圧の影響をキャンセルする。
図16は、ダイナミックラッチ回路39のオフセット電圧に相当する電圧を抵抗D/A変換器12で生成するための制御コードの決定方法を示すフローチャートである。
まず、ステップS11において、ロジック回路34は、第1のクロック信号Clk1を“L”、第2のクロック信号Clk2を“H”とする。
これにより、スイッチSW1,SW2がオフとなり、容量D/A変換器11a,11bと抵抗D/A変換器12との間が電気的に分離される。また、図12に示すように、コンパレータ33内のスイッチSW51〜SW54がいずれもオンとなり、容量C61,C62に前置増幅器A11のオフセット電圧に相当する電荷が蓄積される。
次に、ステップS12に移行し、ロジック回路34は、デコーダ35a,35b及ダイナミックラッチ回路39に第3のクロック信号Clk3を供給するとともに、デコーダ35a,35bに制御信号(デジタル信号)を出力する。このとき、ロジック回路34は、抵抗D/A変換器12のノードN31,N32の電圧がプラス側参照電圧Vrefpとマイナス側参照電圧Vrefmとの中間となるように制御信号を出力する。
次に、ステップS13に移行し、ロジック回路34は現在のダイナミックラッチ回路39の出力に応じて、デコーダ35a,35bに供給する制御信号を変更する。
例えば、ダイナミックラッチ回路39の出力が“H”の場合、ロジック回路34は、デコーダ35a,35bに供給する制御信号を変更して、抵抗D/A変換器12の差動出力電圧を1ビット分(LSB)だけ負側に変化させる。
また、ダイナミックラッチ回路39の出力が“L”の場合、ロジック回路34は、デコーダ35a,35bに供給する制御信号を変更して、抵抗D/A変換器12の差動出力電圧を1ビット分(LSB)分だけ正側に変化させる。
次に、ステップS14に移行し、ロジック回路34は、ダイナミックラッチ回路39の出力電圧の極性が変化したか否かを判定する。極性が変化していない場合(NOの場合)はステップS13に戻り、更に制御信号を変更する。
ステップS13,S14を繰り返すことにより、ダイナミックラッチ回路39の出力電圧の極性が変化する。ダイナミックラッチ回路39の出力電圧の極性が変化したときの抵抗D/A変換器12の出力電圧が、ダイナミックラッチ回路39のオフセット電圧に相当する。
ステップS14においてダイナミックラッチ回路39の出力電圧の極性の変化を検出すると、ステップS15に移行する。そして、ロジック回路34は、このときの制御信号を、ダイナミックラッチ回路39のオフセット電圧に対応する制御コードとして、レジスタ34aに記憶する。
このようにして、ダイナミックラッチ回路39のオフセット電圧に相当する電圧を抵抗D/A変換器12で生成するための制御コードが決定される。以下、図16に示す一連のフローを、制御コード決定フローと呼ぶ。
なお、本実施形態では、デコーダ35a,35bに供給する制御信号を順次変更して制御コードを決定しているが、制御コードの決定方法はこれに限定されない。例えば、サンプルフェーズにおいてC1,N-1を参照電圧Vrefp、残りの容量を参照電圧Vrefm、容量C61、C62を参照電圧Vrefpと参照電圧Vrefmとの中点に接続し、コンバージョンフェーズでは通常のA/D変換動作と同様の動作を行うと、ダイナミックラッチ回路39のオフセット電圧に相当するデジタルコードがDoutとして出力される。このデジタルコードの上位Mビットを制御コードとして用いてもよい。
図17は、本実施形態に係る逐次比較型A/D変換器30の動作を示すフローチャートである。
まず、電源が投入されると、ステップS21において、図16に例示した制御コード決定フローを実施して、制御コードを決定する。
ステップS21において制御コード決定フローが終了すると、次にステップS22に移行する。ステップS22において、ロジック回路34は、第1のクロック信号Clk1を“H”とし、第2のクロック信号Clk2を“L”として、サンプルフェーズを実行する。
サンプルフェーズでは、容量D/A変換器11a,11bの容量C1,0',C1,0〜C1,N-1,C2,0’,C2,0〜C2,N-1に、差動入力信号Vinp,Vinmが保持される。
また、コンパレータ33内の前置増幅器A11の非反転入力端子(+)及び反転入力端子(−)はいずれもコモン電圧Vcmに保持され、前置増幅器A11のオフセット電圧に対応する電荷が容量C61,C62に蓄積される。
更に、レジスタ34aに記憶した制御コードがデコーダ35a,35bに出力され、コンパレータ33内の容量C61,C62にはダイナミックラッチ回路39のオフセット電圧に対応する電荷も蓄積される。
次に、ステップS23に移行し、ロジック回路34は、第1のクロック信号Clk1を“L”とし、第2のクロック信号Clk2を“H”として、コンバージョンフェーズを実行する。
コンバージョンフェーズでは、ロジック回路34、容量D/A変換器11a,11b、抵抗D/A変換器12及びコンパレータ33により、端子23a,23bに入力された差動アナログ信号Vinp,Vinmに対応するデジタル信号が、上位ビットから順に決定される。
端子23a,23bに入力されたアナログ信号Vinp,Vinmに対応するデジタル信号の全てのビットが決定すると、ロジック回路34から当該デジタル信号がデジタルコードDoutとして出力される。
コンバージョンフェーズでは、容量C61,C62に蓄積された電荷により、前置増幅器A11のオフセット電圧及びダイナミックラッチ回路39のオフセット電圧がキャンセルされる。これにより、精度のよいA/D変換が可能になる。
次いで、ステップS24に移行し、A/D変換を終了するか否かを判定する。A/D変換を継続する場合は、ステップS22に戻る。
本実施形態に係る逐次比較型A/D変換器30は、抵抗D/A変換器12を使用してダイナミックラッチ回路39のオフセット電圧を補正するので、コンパレータ33の部品数が少なくてすむ。これにより、半導体デバイスのより一層の小型化及び省電力化が可能となる。
本実施形態に係る逐次比較型A/D変換器30は、前置増幅器A11の利得Aが2N以上のときに、ダイナミックラッチ回路39のオフセット電圧を、当該逐次比較型A/D変換器30の分解能(N+Mビット)よりも細かく補正することができる。
なお、本実施形態では、電源投入時に制御コード決定フローを行うものとしている。しかし、制御コード決定フローは、最初の電源投入時のみに行うようにしてもよく、外部装置から所定の信号を受信したときに行うようにしてもよい。
ところで、ダイナミックラッチ回路39のオフセット電圧は、ダイナミックラッチ回路39を構成する差動増幅器の差動間ミスマッチによって発生する。差動間ミスマッチにより発生するオフセット電圧をVofstとすると、ダイナミックラッチ回路39の入力差動信号Vin,latchは、電荷保存則により下記(1)式で表わされる。
Figure 2014230012
ここで、VcalDACは補正電圧、すなわち抵抗D/A変換器12の出力電圧である。この(1)式からも明らかなように、抵抗D/A変換器12の出力電圧VcalDACをオフセット電圧Vofstと一致させる(Vofst=−VcalDAC)ことで、ダイナミックラッチ回路39のオフセット電圧の影響を排除することができる。
また、本実施形態によれば、前置増幅器A11の利得をAとしたときに、補正残差電圧(VcalDAC+Vofst)の温度及び電源電圧依存による影響は、1/A倍に低減される。
(第2の実施形態)
図18,図19は、第2の実施形態に係る逐次比較型A/D変換器を示す回路図である。図18はサンプルフェーズの状態を示し、図19はコンバージョンフェーズの状態を示している。図18,図19において、図10,図11と同一物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
なお、第1の実施形態はコンパレータ内の前置増幅器の利得が大きい(A≧2N)ときに適用し、第2の実施形態はコンパレータ内の前置増幅器の利得が小さい(A<2N)ときに適用する。
図18,図19に示すように、本実施形態に係る逐次比較型A/D変換器40は、容量D/A変換器11a,11bと、抵抗D/A変換器12と、コンパレータ43と、ロジック回路44と、デコーダ35a,35bと、スイッチSW1,SW2とを有する。
図20は、図18,図19中のコンパレータ43を拡大して示す図である。この図20に示すように、コンパレータ43は、前置増幅器A12と、ダイナミックラッチ回路39と、容量C61〜C64と、スイッチSW51〜SW58とを有する。
容量C63,C64は第2の容量の一例である。また、スイッチSW57,SW58は第2のスイッチの一例である。更に、スイッチSW55,SW56は第3のスイッチの一例である。
本実施形態では、容量D/A変換器11a,11bのビット数をNとしたときに、前置増幅器A12の利得Aは2Nよりも小さい(A<2N)ものとする。
前置増幅器A12の非反転入力端子(+)はノードN11及びスイッチSW51の接点bに接続されており、反転入力端子(−)はノードN12及びスイッチSW52の接点bに接続されている。スイッチSW51,SW52の接点bはいずれも端子25に接続されている。端子25は、コモン電圧(Vcm)に保持される。
前置増幅器A12の反転出力端子(−)は容量C61のボトムプレートに接続されており、容量C61のトッププレートはダイナミックラッチ回路39の非反転入力端子(+)に接続されている。また、前置増幅器A12の非反転出力端子(+)は容量C62のボトムプレートに接続されており、容量C62のトッププレートはダイナミックラッチ回路39の反転入力端子(−)に接続されている。
スイッチSW53の接点aは抵抗D/A変換器12内のノードN31に接続されており、接点bはスイッチSW55の接点b及び容量C63のボトムプレートに接続されている。スイッチSW55の接点aは接地されており、容量C63のトッププレートはダイナミックラッチ回路39の非反転入力端子(+)に接続されている。
スイッチSW54の接点aは抵抗D/A変換器12内のノードN32に接続されており、接点bはスイッチSW56の接点b及び容量C64のボトムプレートに接続されている。スイッチSW56の接点aは接地されており、容量C64のトッププレートはダイナミックラッチ回路39の反転入力端子(−)に接続されている。
スイッチSW57の接点bはダイナミックラッチ回路39の非反転入力端子(+)に接続されており、接点aは端子25に接続されている。また、スイッチSW58の接点bはダイナミックラッチ回路39の反転入力端子(−)に接続されており、接点aは端子25に接続されている。
ロジック回路44は、図18,図19に示すように、レジスタ44a及びクロックジェネレータ44bを備えている。レジスタ44aにはダイナミックラッチ回路39のオフセット電圧に対応する制御コードが記憶される。
クロックジェネレータ44bは、第1の実施形態と同様に、第1のクロック信号Clk1、第2のクロック信号Clk2、及び第3のクロック信号Clk3を出力する。また、クロックジェネレータ44bは、後述するように制御コード決定フローにおいて、第1のクロック信号Clk1とは別のクロック信号Clk1'と、第2のクロック信号Clk2とは別のクロック信号Clk2'とを出力する。
通常動作時(サンプルフェーズ及びコンバージョンフェーズ)には、スイッチSW51,SW52,SW53,SW54,SW57,SW58は第1のクロック信号によりオン−オフ動作し、スイッチSW55,SW56は第2のクロック信号によりオン−オフ動作する。
但し、制御コード決定フロー実行時には、スイッチSW53,SW54,SW57,SW58はクロック信号Clk1'によりオン−オフ動作し、スイッチSW55,SW56はクロック信号Clk2'によりオン−オフ動作する。なお、スイッチSW51,SW52は、制御コード決定フローにおいても、第1のクロック信号Clk1によりオンーオフする。
図21は、ダイナミックラッチ回路39のオフセット電圧に相当する電圧を抵抗D/A変換器12で生成するための制御コードの決定方法(制御コード決定フロー)を示すフローチャートである。
まず、ステップS31において、ロジック回路44は、第1のクロック信号Clk1を“H”、第2のクロック信号Clk2を“L”とする。これにより、スイッチSW1,SW2がオフとなり、容量D/A変換器11a,11bと抵抗D/A変換器12とが電気的に分離される。また、コンパレータ43内のスイッチSW51,SW52がいずれもオンとなる。
次に、ステップS32に移行し、ロジック回路44は、抵抗D/A変換器12のノードN31,N32の電圧がプラス側参照電圧Vrefpとマイナス側参照電圧Vrefmとの中間となるように、デコーダ35a,35bに制御信号を出力する。
次に、ステップS33において、ロジック回路44は、クロック信号Clk1'を“H”、クロック信号Clk2'を“L”とする。これにより、容量C63,C64に、それぞれプラス側参照電圧Vrefpとマイナス側参照電圧Vrefmとの中間の電圧が印加される。
次に、ステップS34に移行し、ロジック回路44は、クロック信号Clk1'を“L”、クロック信号Clk2'を“H”とする。これにより、ダイナミックラッチ回路39の非反転入力端子(+)及び反転入力端子(−)に、容量C63,C64に保持された電圧が入力される。
次に、ステップS35に移行し、ロジック回路44から出力される第3のクロック信号Clk3が“H”になると、ダイナミックラッチ回路39は非反転入力端子(+)及び反転入力端子(−)に入力された信号をラッチする。このとき、ダイナミックラッチ回路39の非反転入力端子(+)及び反転入力端子(−)には同じ電圧が入力されるが、ダイナミックラッチ回路39のオフセット電圧の影響により、ダイナミックラッチ回路39の出力電圧は“H”又は“L”のいずれかとなる。ロジック回路44は、ダイナミックラッチ回路39の出力が“H”であるのか“L”であるのかを判定する。
次に、ステップS36に移行し、ロジック回路44は、ダイナミックラッチ回路39の出力電圧の極性が変化したか否かを判定する。1回目のループで比較対象がない場合や極性が変化していない場合(NOの場合)は、ステップS37に移行する。
ステップS37において、ロジック回路44は制御信号を変更する。例えばステップS35でダイナミックラッチ回路39の出力が“H”であると判定した場合、ロジック回路49は、デコーダ35a,35bに供給する制御信号を変更して、抵抗D/A変換器12の差動出力電圧を1ビット分(LSB)だけ負側に変化させる。
また、ステップS35でダイナミックラッチ回路39の出力が“L”であると判定した場合、ロジック回路44は、デコーダ35a,35bに供給する制御信号を変更して、抵抗D/A変換器12の差動出力電圧を1ビット分(LSB)だけ正側に変化させる。
ステップS33〜S37を繰り返すことにより、ダイナミックラッチ回路39の出力電圧の極性が変化する。ダイナミックラッチ回路39の出力電圧の極性が変化したときの抵抗D/A変換器12の出力電圧が、ダイナミックラッチ回路39のオフセット電圧に相当する。
ステップS36においてダイナミックラッチ回路39の出力電圧の極性の変化を検出すると、ステップS38に移行する。そして、ロジック回路44は、このときの制御信号を、ダイナミックラッチ回路39のオフセット電圧に対応する制御コードとして、レジスタ44aに記憶する。
その後のサンプルフェーズ及びコンバージョンフェーズの動作は第1の実施形態と同様であるので、ここではその説明を省略する。
本実施形態においても、抵抗D/A変換器12を使用してダイナミックラッチ回路39のオフセット電圧を補正するので、コンパレータ33の部品数が少なくてすむ。これにより、半導体デバイスのより一層の小型化及び省電力化が可能となる。
本実施形態に係る逐次比較型A/D変換器40は、前置増幅器A11の利得Aが2Nよりも小さいときに、ダイナミックラッチ回路のオフセット電圧を当該逐次比較型A/D変換器40の分解能(N+Mビット)よりも細かく補正することができる。
ところで、容量C61,C62の容量値をC1、容量C63,C64の容量値をC2とし、ダイナミックラッチ回路39の差動間ミスマッチにより発生するオフセット電圧をVofstとすると、ダイナミックラッチ回路39の入力差動信号Vin,latchは下記(2)式で表わされる。
Figure 2014230012
この(2)式からも明らかなように、Vofst=−(C2/C1)VcalDACとすることで、ダイナミックラッチ回路39のオフセット電圧の影響を排除することができる。
なお、上述した第1の実施形態及び第2の実施形態では、いずれもD/A変換部が容量D/A変換器と抵抗D/A変換器とにより構成されている場合について説明している。しかし、D/A変換部は、抵抗D/A変換器のみで構成されていてもよい。
また、例えば図10等では正負一対のアナログ信号を受けてデジタル出力に変換するA/D変換器を例に説明したが、本発明は単相のアナログ入力を受けてデジタル出力に変換するA/D変換器に適用することもできる。その場合の比較部は、D/A変換部の出力を所定の基準値と比較する。
以上の諸実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
(付記1)抵抗ラダーを含み、アナログ入力信号及び制御コードに応じた電圧を第1の出力端子から出力するD/A変換部と、
前記D/A変換部の前記第1の出力端子に接続された比較部と、
前記比較部の出力に応じて前記制御コードを出力する制御部とを有し、
前記比較部には、前記抵抗ラダーから前記比較部のオフセット電圧をキャンセルする電圧が供給されることを特徴とする逐次比較型A/D変換器。
(付記2)前記比較部は、
前記D/A変換部の前記第1の出力端子からの出力が入力される前置増幅器と、
比較回路と、
前記前置増幅器の出力端子と前記比較回路の入力端子との間に配置された第1の容量と、
前記抵抗ラダーの第2の出力端子と前記比較回路の前記入力端子との間に配置されて前記制御部によりオン−オフする第1のスイッチとを有することを特徴とする付記1に記載の逐次比較型A/D変換器。
(付記3)更に、前記比較回路の前記入力端子と前記第1のスイッチとの間に配置された第2の容量と、
前記制御部により制御されて前記比較回路の前記入力端子をコモン電圧に保持する第2のスイッチと、
前記第2の容量と接地との間に配置された第3のスイッチとを有することを特徴とする付記2に記載の逐次比較型A/D変換器。
(付記4)前記D/A変換部は、
前記アナログ入力信号に対応するデジタル信号の上位Nビット(Nは任意の整数)を決定する第1のD/A変換器と、
前記アナログ入力信号に対応するデジタル信号の下位Mビット(Mは任意の整数)を決定する、前記抵抗ラダーを含む第2のD/A変換器と、
前記第1のD/A変換器と前記第2のD/A変換器との間に接続されて前記制御部からの信号によりオン−オフする第4のスイッチとを有することを特徴とする付記2又は3に記載の逐次比較型A/D変換器。
(付記5)前記第1のD/A変換器が容量D/A変換器であることを特徴とする付記4に記載の逐次比較型A/D変換器。
(付記6)前記アナログ入力信号は、第1アナログ入力信号と、前記第1アナログ入力信号と逆位相である第2アナログ入力信号を含み、前記容量D/A変換器は、前記第1アナログ入力信号が入力されて正の信号を出力する正側容量D/A変換器と、前記第2アナログ入力信号が入力されて負の信号を出力する負側容量D/A変換器とを有することを特徴とする付記5に記載の逐次比較型A/D変換器。
(付記7)更に、前記制御部から出力される前記制御コードに応じて前記第2のD/A変換器を駆動する駆動回路を有することを特徴とする付記4に記載の逐次比較型A/D変換器。
(付記8)前記制御部には、前記オフセット電圧をキャンセルする電圧に対応する制御コードが記憶されていることを特徴とする付記1乃至7のいずれか1項に記載の逐次比較型A/D変換器。
(付記9)前記比較回路が、ダイナミックラッチ回路であることを特徴とする付記2乃至8のいずれか1項に記載の逐次比較型A/D変換器。
(付記10)前記制御部は、前記第1のD/A変換器に前記アナログ入力信号をサンプリングするサンプルフェーズと、前記サンプルフェーズの間にサンプリングしたアナログ信号に対応するデジタルコードを探索するコンバージョンフェーズとを交互に実行し、前記サンプルフェーズの間に前記第2のD/A変換器を制御して前記オフセット電圧をキャンセルする電圧を生成し、前記第1の容量及び前記第2の容量に伝達することを特徴とする付記4に記載の逐次比較型A/D変換器。
(付記11)抵抗ラダーを含むD/A変換部と、比較部と、制御部とを備え、サンプルフェーズとコンバージョンフェーズとを交互に実行してアナログ入力信号に対応するデジタルコードを決定する逐次比較型A/D変換器の駆動方法において、
前記サンプルフェーズの間に前記D/A変換部から前記比較部に当該比較部内の比較回路のオフセット電圧に対応する電圧を前記抵抗ラダーにて生成して容量に保持し、
前記コンバージョンフェーズでは前記容量に保持した電荷により前記比較回路のオフセット電圧をキャンセルする
ことを特徴とする逐次比較型A/D変換器の駆動方法。
(付記12)前記制御部は、前記D/A変換部に制御コードを出力して前記D/A変換部から出力される信号電圧を順次変更し、前記比較回路から出力される信号の極性の変化の有無を検出するとそのときの制御コードを記憶部に記憶し、
前記サンプルフェーズの間に前記記憶部に記憶した制御コードを前記D/A変換部に出力して、前記D/A変換部で前記比較回路のオフセット電圧に対応する電圧を生成することを特徴とする付記11に記載の逐次比較型A/D変換器の駆動方法。
(付記13)前記D/A変換部は、
前記アナログ入力信号に対応するデジタル信号の上位Nビット(Nは任意の整数)を決定する第1のD/A変換器と、
前記アナログ入力信号に対応するデジタル信号の下位Mビット(Mは任意の整数)を決定する、前記抵抗ラダーを含む第2のD/A変換器と、
前記第1のD/A変換器と前記第2のD/A変換器との間に接続されて前記制御部からの信号によりオン−オフするスイッチ素子とを有し、
前記制御部は前記サンプルフェーズの間に前記アナログ入力信号を前記第1のD/A変換器にサンプリングするとともに、前記第2のD/A変換器を制御して前記比較回路のオフセット電圧に対応する電圧を生成することを特徴とすることを特徴とする付記11又は12に記載の逐次比較型A/D変換器の駆動方法。
(付記14)前記第1のD/A変換器が容量D/A変換器であり、前記第2のD/A変換器が抵抗D/A変換器であることを特徴とする付記13に記載の逐次比較型A/D変換器の駆動方法。
(付記15)前記制御部に、前記オフセット電圧をキャンセルする電圧に対応する制御コードを記憶しておくことを特徴とする付記11乃至14のいずれか1項に記載の逐次比較型A/D変換器の駆動方法。
10,10a,30,40…逐次比較型A/D変換器、11a,11b…容量D/A変換器、12…抵抗D/A変換器、13,13a,33,43…コンパレータ、14,14a,34,44…ロジック回路、15a,15b,26a,26b,35a,35b…デコーダ、16,16a,39…ダイナミックラッチ回路、27a,27b…D/A変換器、34a,44a…レジスタ、34b,44b…クロックジェネレータ、A1〜A3,A11,A12…前置増幅器。

Claims (11)

  1. 抵抗ラダーを含み、アナログ入力信号及び制御コードに応じた電圧を第1の出力端子から出力するD/A変換部と、
    前記D/A変換部の前記第1の出力端子に接続された比較部と、
    前記比較部の出力に応じて前記制御コードを出力する制御部とを有し、
    前記比較部には、前記抵抗ラダーから前記比較部のオフセット電圧をキャンセルする電圧が供給されることを特徴とする逐次比較型A/D変換器。
  2. 前記比較部は、
    前記D/A変換部の前記第1の出力端子からの出力が入力される前置増幅器と、
    比較回路と、
    前記前置増幅器の出力端子と前記比較回路の入力端子との間に配置された第1の容量と、
    前記抵抗ラダーの第2の出力端子と前記比較回路の前記入力端子との間に配置されて前記制御部によりオン−オフする第1のスイッチとを有することを特徴とする請求項1に記載の逐次比較型A/D変換器。
  3. 更に、前記比較回路の前記入力端子と前記第1のスイッチとの間に配置された第2の容量と、
    前記制御部により制御されて前記比較回路の前記入力端子をコモン電圧に保持する第2のスイッチと、
    前記第2の容量と接地との間に配置された第3のスイッチとを有することを特徴とする請求項2に記載の逐次比較型A/D変換器。
  4. 前記D/A変換部は、
    前記アナログ入力信号に対応するデジタル信号の上位Nビット(Nは任意の整数)を決定する第1のD/A変換器と、
    前記アナログ入力信号に対応するデジタル信号の下位Mビット(Mは任意の整数)を決定する、前記抵抗ラダーを含む第2のD/A変換器と、
    前記第1のD/A変換器と前記第2のD/A変換器との間に接続されて前記制御部からの信号によりオン−オフする第4のスイッチとを有することを特徴とする請求項2又は3に記載の逐次比較型A/D変換器。
  5. 前記第1のD/A変換器が容量D/A変換器であることを特徴とする請求項4に記載の逐次比較型A/D変換器。
  6. 更に、前記制御部から出力される前記制御コードに応じて前記第2のD/A変換器を駆動する駆動回路を有することを特徴とする請求項4に記載の逐次比較型A/D変換器。
  7. 前記制御部には、前記オフセット電圧をキャンセルする電圧に対応する制御コードが記憶されていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の逐次比較型A/D変換器。
  8. 前記比較回路が、ダイナミックラッチ回路であることを特徴とする請求項2乃至7のいずれか1項に記載の逐次比較型A/D変換器。
  9. 抵抗ラダーを含むD/A変換部と、比較部と、制御部とを備え、サンプルフェーズとコンバージョンフェーズとを交互に実行してアナログ入力信号に対応するデジタルコードを決定する逐次比較型A/D変換器の駆動方法において、
    前記サンプルフェーズの間に前記D/A変換部から前記比較部に当該比較部内の比較回路のオフセット電圧に対応する電圧を前記抵抗ラダーにて生成して容量に保持し、
    前記コンバージョンフェーズでは前記容量に保持した電荷により前記比較回路のオフセット電圧をキャンセルする
    ことを特徴とする逐次比較型A/D変換器の駆動方法。
  10. 前記制御部は、前記D/A変換部に制御コードを出力して前記D/A変換部から出力される信号電圧を順次変更し、前記比較回路から出力される信号の極性の変化の有無を検出するとそのときの制御コードを記憶部に記憶し、
    前記サンプルフェーズの間に前記記憶部に記憶した制御コードを前記D/A変換部に出力して、前記D/A変換部で前記比較回路のオフセット電圧に対応する電圧を生成することを特徴とする請求項9に記載の逐次比較型A/D変換器の駆動方法。
  11. 前記D/A変換部は、
    前記アナログ入力信号に対応するデジタル信号の上位Nビット(Nは任意の整数)を決定する第1のD/A変換器と、
    前記アナログ入力信号に対応するデジタル信号の下位Mビット(Mは任意の整数)を決定する、前記抵抗ラダーを含む第2のD/A変換器と、
    前記第1のD/A変換器と前記第2のD/A変換器との間に接続されて前記制御部からの信号によりオン−オフするスイッチ素子とを有し、
    前記制御部は前記サンプルフェーズの間に前記アナログ入力信号を前記第1のD/A変換器にサンプリングするとともに、前記第2のD/A変換器を制御して前記比較回路のオフセット電圧に対応する電圧を生成することを特徴とすることを特徴とする
    請求項9又は10に記載の逐次比較型A/D変換器の駆動方法。
JP2013106770A 2013-05-21 2013-05-21 逐次比較型a/d変換器及びその駆動方法 Active JP6131102B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013106770A JP6131102B2 (ja) 2013-05-21 2013-05-21 逐次比較型a/d変換器及びその駆動方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013106770A JP6131102B2 (ja) 2013-05-21 2013-05-21 逐次比較型a/d変換器及びその駆動方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014230012A true JP2014230012A (ja) 2014-12-08
JP6131102B2 JP6131102B2 (ja) 2017-05-17

Family

ID=52129507

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013106770A Active JP6131102B2 (ja) 2013-05-21 2013-05-21 逐次比較型a/d変換器及びその駆動方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6131102B2 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10951228B2 (en) 2018-02-01 2021-03-16 Rohm Co., Ltd. Semiconductor apparatus
WO2021124774A1 (ja) * 2019-12-19 2021-06-24 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像装置および電子機器

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001127633A (ja) * 1999-10-27 2001-05-11 Asahi Kasei Microsystems Kk オフセットキャンセル回路
JP2004032089A (ja) * 2002-06-21 2004-01-29 Fujitsu Ltd Ad変換器
JP2005295141A (ja) * 2004-03-31 2005-10-20 Denso Corp A/d変換装置
JP2007142863A (ja) * 2005-11-18 2007-06-07 Fujitsu Ltd アナログデジタル変換器
WO2010073505A1 (ja) * 2008-12-23 2010-07-01 株式会社アドバンテスト Ad変換装置、da変換装置および調整方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001127633A (ja) * 1999-10-27 2001-05-11 Asahi Kasei Microsystems Kk オフセットキャンセル回路
JP2004032089A (ja) * 2002-06-21 2004-01-29 Fujitsu Ltd Ad変換器
JP2005295141A (ja) * 2004-03-31 2005-10-20 Denso Corp A/d変換装置
JP2007142863A (ja) * 2005-11-18 2007-06-07 Fujitsu Ltd アナログデジタル変換器
WO2010073505A1 (ja) * 2008-12-23 2010-07-01 株式会社アドバンテスト Ad変換装置、da変換装置および調整方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10951228B2 (en) 2018-02-01 2021-03-16 Rohm Co., Ltd. Semiconductor apparatus
WO2021124774A1 (ja) * 2019-12-19 2021-06-24 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像装置および電子機器
US11950007B2 (en) 2019-12-19 2024-04-02 Sony Semiconductor Solutions Corporation Solid-state imaging device and electronic apparatus
JP7485696B2 (ja) 2019-12-19 2024-05-16 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像装置および電子機器

Also Published As

Publication number Publication date
JP6131102B2 (ja) 2017-05-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102636356B1 (ko) 감소된 커패시터 어레이 dac를 이용한 sar adc에서의 오프셋 보정을 위한 방법 및 장치
US7796077B2 (en) High speed high resolution ADC using successive approximation technique
US9432046B1 (en) Successive approximation analog-to-digital converter
US9774345B1 (en) Successive approximation register analog-to-digital converter
JP6353267B2 (ja) Ad変換器及びad変換方法
EP2629428A1 (en) A/D Converter and Method for Calibrating the Same
US9191018B2 (en) Analog-digital converter
JP6514454B2 (ja) 逐次比較ad変換器及び逐次比較ad変換方法
US8514123B2 (en) Compact SAR ADC
EP3567720B1 (en) Mismatch and reference common-mode offset insensitive single-ended switched capacitor gain stage
US20110285563A1 (en) Pipelined analog-to-digital converter and sub-converter stage
US10826521B1 (en) Successive approximation register analog to digital converter and offset detection method thereof
US8159383B2 (en) Switched capacitor circuit and pipelined analog-to-digital conversion circuit with the switched capacitor circuit
JP2008104142A (ja) A/d変換器
JP4470830B2 (ja) 巡回型a/d変換器
US7348916B2 (en) Pipeline A/D converter and method of pipeline A/D conversion
EP3570436A1 (en) Mismatch and reference common-mode offset insensitive single-ended switched capacitor gain stage with reduced capacitor mismatch sensitivity
US6859158B2 (en) Analog-digital conversion circuit
KR101644999B1 (ko) 시간 영역 다단 인터폴레이션 기법을 이용한 저전력 아날로그 디지털 변환기
TW201924227A (zh) 用於在sar adc中實現寬輸入共模範圍而無額外的主動電路系統之方法及設備
JP6131102B2 (ja) 逐次比較型a/d変換器及びその駆動方法
KR101012684B1 (ko) 1/2 승수 기준 전압을 누적하는 아날로그 디지털 변환기
US10326467B1 (en) Analog-to-digital converter
CN111294050B (zh) 高线性度的循续渐近式模拟至数字转换器
CN111052612B (zh) 用于具有减小的电容器阵列dac的sar adc中的偏移校正的方法和装置

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20160118

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20160411

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20161128

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20161226

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170322

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20170410

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170417

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6131102

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250