JP2015097332A - Calibration method of sample/hold circuit, calibration device, and sample/hold circuit - Google Patents

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由一 宮原
Yoshiichi Miyahara
由一 宮原
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To implement calibration of a sample/hold circuit while further reducing noise and improving analog/digital conversion accuracy.SOLUTION: In an SADC (sub-A/D converter) circuit 102, a threshold value of the SADC circuit 102 is varied by a random variable PN, and an output signal Vout obtained by performing digital conversion on an input signal Vin through a pipelined A/D converter 1 including an MDAC (multiple D/A converter) 110 using SPM (summing point monitoring) is multiplied by the random variable PN. An LUT output value corresponding to a coupling signal obtained by coupling a digital signal Digital1 outputted from an ADC 102a of the SADC circuit 102 and the random variable PN through a coupler 61 is acquired from an LUT 62, the acquired LUT output value is added to a multiplication result of the output signal Vout and the random variable PN and on the basis of an integration result of integrating an addition result as an error signal Verr', a gain of a Gain-AMP 12 included in the MDAC 110 is adjusted.

Description

本発明は、サンプルホールド回路のキャリブレーションに関し、より詳細には、オペアンプによる増幅を利用して入力信号を出力変換するための回路(例えば、パイプライン型A/D変換器やΔΣA/D変換器など、また、それらに含まれるサンプルホールド回路やMultiple DAC(MDAC:乗算型デジタルアナログコンバータ)など)のキャリブレーション方法、キャリブレーション装置、およびサンプルホールド回路に関する。   The present invention relates to calibration of a sample and hold circuit, and more specifically, a circuit for converting an input signal to output using amplification by an operational amplifier (for example, a pipelined A / D converter or a ΔΣ A / D converter). Further, the present invention relates to a calibration method, a calibration apparatus, and a sample hold circuit of a sample hold circuit and a multiple DAC (MDAC: multiplication digital analog converter) included therein.

サンプルホールド回路の一例としてパイプライン型A/D変換器が挙げられる。このパイプライン型A/D変換器10として、例えば図20に示す回路が知られている(例えば特許文献1参照)。
図20は、パイプライン型A/D変換器10の一例を示す概略構成図である。
このパイプライン型A/D変換器10は、図20に示すように、Stage1からStageNまで、N段の単位ブロック100(1)〜100(N)が縦続接続されてなる。
An example of the sample and hold circuit is a pipeline A / D converter. As this pipeline type A / D converter 10, for example, a circuit shown in FIG. 20 is known (see, for example, Patent Document 1).
FIG. 20 is a schematic configuration diagram illustrating an example of the pipeline type A / D converter 10.
As shown in FIG. 20, the pipeline type A / D converter 10 includes N-stage unit blocks 100 (1) to 100 (N) cascaded from Stage1 to StageN.

各単位ブロック100(1)〜100(N)は同一構成を有するので、ここでは、StageI(単位ブロック100(I))の構成について説明する。
図20に示すように、StageIは、SSH(サブサンプルホールド)回路101と、SADC(サブADコンバータ)回路102と、DAC(D/Aコンバータ)回路103と、加算器104と、を含んで構成される。
Since the unit blocks 100 (1) to 100 (N) have the same configuration, the configuration of StageI (unit block 100 (I)) will be described here.
As shown in FIG. 20, Stage I includes an SSH (subsample hold) circuit 101, a SADC (sub AD converter) circuit 102, a DAC (D / A converter) circuit 103, and an adder 104. Is done.

StageIのSSH回路101は、前段の単位ブロックStageI−1から出力されるアナログ出力信号ResidueI−1を取り込む。
SADC回路102はSSH回路101で取り込んだアナログ出力信号ResidueI−1をデジタル信号DigitalIにA/D変換するものである。このデジタル信号DigitalIは、StageIの出力信号(DigitalI)として出力される。なお、このSADC回路102から出力されるデジタル信号DigitalIは、各Stage1〜StageNのSADC回路102から出力されるデジタル信号DigitalIとともに、所定の規則で足し合わされ、その結果がA/D変換の結果を表すデジタル出力信号として出力される。
The Stage I SSH circuit 101 takes in the analog output signal Residue I-1 output from the previous unit block Stage I-1.
The SADC circuit 102 performs A / D conversion of the analog output signal ResidueI-1 captured by the SSH circuit 101 into a digital signal DigitalI. This digital signal DigitalI is output as an output signal (DigitalI) of StageI. The digital signal DigitalI output from the SADC circuit 102 is added together with the digital signals DigitalI output from the SADC circuits 102 of Stage1 to StageN according to a predetermined rule, and the result represents the result of A / D conversion. Output as a digital output signal.

DAC回路103はSADC回路102からのデジタル信号DigitalIに対応するアナログ信号を生成し、加算器104に出力する。
加算器104はSSH回路101で取り込んだアナログ信号からDAC回路103で生成されたアナログ信号を差し引き、その減算結果であるアナログ信号を、残余信号であるResidueIとして次段の単位ブロックStageI+1に出力するようになっている。この際、加算器104で差し引いて得た残余信号としてのアナログ信号(ResidueI)を、所定倍に増幅することで、次段の単位ブロックStageI+1の要求精度を上げずに、同一の単位ブロック(Stage)構成によりA/D変換することが可能となり、高精度のA/D変換を実現する。
The DAC circuit 103 generates an analog signal corresponding to the digital signal DigitalI from the SADC circuit 102 and outputs the analog signal to the adder 104.
The adder 104 subtracts the analog signal generated by the DAC circuit 103 from the analog signal captured by the SSH circuit 101, and outputs the analog signal as a subtraction result to the next unit block Stage I + 1 as Residue I as a residual signal. It has become. At this time, the analog signal (Residue I) as a residual signal obtained by subtracting by the adder 104 is amplified by a predetermined factor, so that the required accuracy of the next unit block Stage I + 1 is not increased and the same unit block (Stage I) is amplified. ) A / D conversion is possible depending on the configuration, and high-precision A / D conversion is realized.

ところで、一般的にSSH回路101、DAC回路103および加算器104は、一つのオペアンプと容量CAPとの組み合わせで構成される。このオペアンプと容量CAPとを組み合わせて構成される回路を、Multiple DAC(MDAC:乗算型デジタルアナログコンバータ)105と呼ぶ。
図21は、MDAC105の一例を示す概略構成図である。
Incidentally, the SSH circuit 101, the DAC circuit 103, and the adder 104 are generally configured by a combination of one operational amplifier and a capacitor CAP. A circuit configured by combining the operational amplifier and the capacitor CAP is referred to as a multiple DAC (MDAC: multiplication type digital analog converter) 105.
FIG. 21 is a schematic configuration diagram illustrating an example of the MDAC 105.

図21において、(a)は、サンプルフェーズ(SamplingPhase)における回路構成を示し、(b)は、ホールドフェーズ(HoldingPhase)における回路構成を示す。MDAC105は、変換クロック信号CLKに応じて図示しないスイッチなどを切り替えることによって、サンプルフェーズには図21(a)の回路を実現し、ホールドフェーズには図21(b)の回路を実現する。なお、図21(a)中のCsIの変数Iは、StageIを構成するCsであることを意味する。   In FIG. 21, (a) shows a circuit configuration in the sample phase (SamplingPhase), and (b) shows a circuit configuration in the hold phase (HoldingPhase). The MDAC 105 realizes the circuit of FIG. 21A in the sample phase and the circuit of FIG. 21B in the hold phase by switching a switch or the like (not shown) according to the converted clock signal CLK. Note that the variable I of CsI in FIG. 21A means Cs constituting StageI.

図21に示すように、MDAC105は、同じ大きさの単位容量が並列に組み合わされてなるサンプリングキャパシタCsIと、オペアンプからなるMDAC−AMP11とMDAC−AMP11の入力端に存在する寄生容量Cpとから構成される。MDAC105は、入力される変換クロック信号CLKに応じてサンプルフェーズ(図21(a))およびホールドフェーズ(図21(b))を交互に実現するように動作する。   As shown in FIG. 21, the MDAC 105 includes a sampling capacitor CsI in which unit capacitors of the same size are combined in parallel, an MDAC-AMP11 formed of an operational amplifier, and a parasitic capacitor Cp existing at the input terminal of the MDAC-AMP11. Is done. The MDAC 105 operates so as to alternately realize the sample phase (FIG. 21A) and the hold phase (FIG. 21B) in accordance with the input conversion clock signal CLK.

サンプルフェーズ(図21(a))では、前段の単位ブロックStageI−1のアナログ出力信号ResidueI−1をサンプリングキャパシタCsIに充電する。すなわち、サンプリングキャパシタCsIの一端にアナログ出力信号ResidueI−1を入力し、他端は、MDAC−AMP11の反転入力端子に接続する。このとき、MDAC−AMP11の入力端および出力端はグランドレベルにショートしておく。寄生容量Cpも同様にグランドレベルにショートされることになる。   In the sample phase (FIG. 21A), the sampling output CsI is charged with the analog output signal ResidueI-1 of the previous unit block StageI-1. That is, the analog output signal ResidueI-1 is input to one end of the sampling capacitor CsI, and the other end is connected to the inverting input terminal of the MDAC-AMP11. At this time, the input end and output end of the MDAC-AMP 11 are short-circuited to the ground level. The parasitic capacitance Cp is similarly shorted to the ground level.

一方、ホールドフェーズ(図21(b))ではMDAC−AMP11の出力端と反転入力端とを容量Cfを介して接続する。また、容量Crは、図20のSADC回路102から出力されたデジタル信号DigitalIに応じて、容量Crを構成する複数の単位容量それぞれを、「+Vr」、「0」、「−Vr」のいずれかに接続する。すなわち、容量Crの一端は「+Vr」、「0」、「−Vr」のいずれかに接続し、他端はMDAC−AMP11の反転入力端に接続する。前記容量Cfおよび容量Crはそれぞれ前記サンプリングキャパシタCsIを構成する複数の単位容量のうちの一部で構成される。すなわちサンプリングキャパシタCsIは、ホールドフェーズでは、サンプリングキャパシタCsIを構成する単位容量の一部がMDAC−AMP11の出力端および反転入力端間を接続する容量Cfとして用いられ、残りの単位容量が容量Crとして用いられる。なお、ここでは、サンプリングキャパシタCsIを構成する複数の単位容量の一部を、容量Cfおよび容量Crとして用いる場合について説明したがこれに限定されるものではない。例えば、サンプリングキャパシタCsIを構成する複数の単位容量をそのまま容量Crとして用い、容量Cfは別途設けるように構成してもよい。   On the other hand, in the hold phase (FIG. 21B), the output terminal and the inverting input terminal of the MDAC-AMP 11 are connected via the capacitor Cf. In addition, the capacitor Cr is set to any one of “+ Vr”, “0”, and “−Vr” for each of a plurality of unit capacitors constituting the capacitor Cr according to the digital signal DigitalI output from the SADC circuit 102 of FIG. Connect to. That is, one end of the capacitor Cr is connected to any one of “+ Vr”, “0”, and “−Vr”, and the other end is connected to the inverting input terminal of the MDAC-AMP 11. Each of the capacitor Cf and the capacitor Cr is constituted by a part of a plurality of unit capacitors constituting the sampling capacitor CsI. That is, in the hold phase, the sampling capacitor CsI uses a part of the unit capacitance constituting the sampling capacitor CsI as the capacitance Cf connecting the output terminal and the inverting input terminal of the MDAC-AMP 11 and the remaining unit capacitance as the capacitance Cr. Used. Here, the case where a part of the plurality of unit capacitors constituting the sampling capacitor CsI is used as the capacitor Cf and the capacitor Cr has been described, but the present invention is not limited to this. For example, a plurality of unit capacitors constituting the sampling capacitor CsI may be used as they are as the capacitor Cr, and the capacitor Cf may be provided separately.

MDAC−AMP11の出力は、次段の単位ブロックStageI+1を構成するMDAC105のサンプリングキャパシタCsI+1に接続され、StageIのMDAC−AMP11の出力が、アナログ出力信号ResidueIとして、次段のサンプリングキャパシタCsI+1に出力される。また、MDAC−AMP11の非反転入力端はグランドレベルに維持される。   The output of the MDAC-AMP 11 is connected to the sampling capacitor CsI + 1 of the MDAC 105 constituting the unit block StageI + 1 of the next stage, and the output of the MDAC-AMP 11 of Stage I is output to the sampling capacitor CsI + 1 of the next stage as an analog output signal ResidueI. . Further, the non-inverting input terminal of the MDAC-AMP 11 is maintained at the ground level.

このとき、MDAC−AMP11のDC(直流)ゲインを「a0」とすると、MDAC−AMP11の反転入力端の電圧Vaは、MDAC−AMP11の出力端の電圧Voutを用いて、次式(1)で表すことができる。
Va=−(1/a0)×Vout ……(1)
At this time, when the DC (direct current) gain of the MDAC-AMP 11 is “a0”, the voltage Va at the inverting input terminal of the MDAC-AMP 11 is expressed by the following equation (1) using the voltage Vout at the output terminal of the MDAC-AMP 11. Can be represented.
Va = − (1 / a0) × Vout (1)

例えば、容量Crを構成する単位容量につながる電圧が全て零の場合、サンプルフェーズとホールドフェーズとにおける容量に蓄えられた電荷保存則から次式(2)が成り立つ。
CsI×Vin
=Cf(Vout−Va)+Cr(0−Va)+Cp(0−Va) ……(2)
For example, when the voltages connected to the unit capacitors constituting the capacitor Cr are all zero, the following equation (2) is established from the charge conservation law stored in the capacitors in the sample phase and the hold phase.
CsI × Vin
= Cf (Vout-Va) + Cr (0-Va) + Cp (0-Va) (2)

前記(1)および(2)式から、ホールドフェーズにおける、MDAC−AMP11の出力ResidueIすなわち、MDAC105の出力Voutは、次式(3)で表すことができる。
Vout
=(CsI/Cf)×{1/(1+1/(a0×f))}×Vin
……(3)
From the expressions (1) and (2), the output Residue I of the MDAC-AMP 11 in the hold phase, that is, the output Vout of the MDAC 105 can be expressed by the following expression (3).
Vout
= (CsI / Cf) × {1 / (1 + 1 / (a0 × f))} × Vin
...... (3)

ここで、(3)式中の、「a0」は前述のようにMDAC−AMP11のDC(直流)ゲインを表す。また、「f」は、MDAC−AMP11のフィードバックファクタと呼ばれ、各容量Cr、Cf、Cpを用いて、次式(4)で表すことができる。
f=Cf/(Cr+Cf+Cp) ……(4)
Here, “a0” in the expression (3) represents the DC (direct current) gain of the MDAC-AMP 11 as described above. “F” is called a feedback factor of the MDAC-AMP 11 and can be expressed by the following equation (4) using the respective capacitances Cr, Cf, and Cp.
f = Cf / (Cr + Cf + Cp) (4)

式(3)で表される伝達関数において、入出力特性が理想的な場合には、式(3)は次式(5)と表すことができる。
Vout=(CsI/Cf)×Vin ……(5)
(3)および(5)式から、理想的な入出力特性を得るためには、MDAC−AMP11のDCGain「a0」は無限大まで大きい必要があることがわかる。
In the transfer function represented by Expression (3), when input / output characteristics are ideal, Expression (3) can be expressed as the following Expression (5).
Vout = (CsI / Cf) × Vin (5)
From formulas (3) and (5), it can be seen that DCGain “a0” of MDAC-AMP11 needs to be large to infinity in order to obtain ideal input / output characteristics.

実際には、DCGain「a0」は必要な精度に応じて大きくすることになる。
一般的にAMPのDCGainを上げるためには多段化やカスコード化する必要がある。そのため、良好な安定性を保つことが難しくなったり出力振幅に制限を受けたりすることが問題となる。
この問題を解決するため、DCGain「a0」を大きくしなくても高いゲイン特性を有するMDAC−AMP11を得る方法として、Summing Point Monitoring(以下、SPMという。)という手法が考案されている。
In practice, DCGain “a0” is increased according to the required accuracy.
In general, in order to increase the DCGain of AMP, it is necessary to make it multistage or cascode. Therefore, it becomes a problem that it is difficult to maintain good stability or the output amplitude is limited.
In order to solve this problem, a method called Summing Point Monitoring (hereinafter referred to as SPM) has been devised as a method of obtaining MDAC-AMP 11 having high gain characteristics without increasing DCGain “a0”.

図22は、図20のSPM手法を用いた乗算型DA変換器105の具体的回路の一例である。
図22(a)および(b)は、SPMを実現するための具体的な回路の一例であって、(a)はサンプルフェーズにおける回路構成、(b)はホールドフェーズにおける回路構成である。
FIG. 22 is an example of a specific circuit of the multiplying DA converter 105 using the SPM method of FIG.
FIGS. 22A and 22B are examples of specific circuits for realizing the SPM. FIG. 22A shows a circuit configuration in the sample phase, and FIG. 22B shows a circuit configuration in the hold phase.

この回路は、図22(b)のMDAC−AMP11のサミングポイントの電圧「−Δs」をGain−AMP12で取り出すことにより、MDAC−AMP11で発生するエラーを補正する。
図22(c)は、SPMを実現するための具体的な回路の別の一例である(例えば、非特許文献1参照)。
この回路は、容量Ce1でサンプリングした後に、容量Ce2で転送する離散型SC(switched capacitor)回路である。
This circuit corrects an error occurring in the MDAC-AMP 11 by taking out the summing point voltage “−Δs” of the MDAC-AMP 11 in FIG. 22B by the Gain-AMP 12.
FIG. 22C is another example of a specific circuit for realizing the SPM (see, for example, Non-Patent Document 1).
This circuit is a discrete SC (switched capacitor) circuit that samples with the capacitor Ce1 and then transfers with the capacitor Ce2.

特開2012−60519号公報JP 2012-60519 A

「A 16−bit 250−MS/s IF Sampling Pipelined ADC With Background Calibration」,IEEE JOURNAL OF SOLID−STATE CIRCUITS,VOL.45,NO.12,DECEMBER 2010,p.2602−p.2612“A 16-bit 250-MS / s IF Sampling Pipelined ADC With Background Calibration”, IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, VOL. 45, NO. 12, DECEMBER 2010, p. 2602-p. 2612

しかしながら、このように、新たな容量を追加すると、この新たに追加した容量が起因となるノイズによりADC全体の特性が劣化するという問題がある。
また、MDAC−AMP11のDCGain「a0」が低い場合であってもMDAC−AMP11を高いゲイン特性に保つためには、例えば図22のような構成の場合には、Gain−AMP12が精度の良いゲイン特性を有する必要がある。しかしながら、実際には動作環境や製造工程時のばらつきによりそのような高い精度は実現できないという問題がある。
However, when a new capacitor is added as described above, there is a problem that the characteristics of the entire ADC deteriorate due to noise caused by the newly added capacitor.
Further, in order to keep the MDAC-AMP 11 in a high gain characteristic even when the DCGain “a0” of the MDAC-AMP 11 is low, for example, in the case of the configuration shown in FIG. 22, the Gain-AMP 12 has a high gain. Must have characteristics. However, in practice, there is a problem that such high accuracy cannot be realized due to variations in operating environment and manufacturing process.

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、DA変換用アンプのゲイン特性が比較的低いサンプルホールド回路において、より高いゲイン特性を実現することの可能なサンプルホールド回路のキャリブレーション方法、キャリブレーション装置、およびサンプルホールド回路を提供することにある。   The present invention has been made in view of such a problem, and a sample-and-hold circuit calibration method capable of realizing higher gain characteristics in a sample-and-hold circuit having a relatively low gain characteristic of a DA conversion amplifier. A calibration device and a sample hold circuit are provided.

本発明の一態様は、変換対象のアナログ信号の振幅をランダム変数で変動させ、変動させた前記変換対象のアナログ信号をサンプルホールド回路(例えば図17に示す、ステージ部41)によりデジタル信号に変換し、変換後のデジタル信号に前記ランダム変数を乗算し、前記変換対象のアナログ信号を前記サンプルホールド回路とは別系統でA/D変換したA/D変換後のデジタル信号と前記ランダム変数とに基づき、前記A/D変換後のデジタル信号の大きさと前記ランダム変数の値とに応じたデジタル信号を生成し、当該生成したデジタル信号に、前記サンプルホールド回路による変換後のデジタル信号と前記ランダム変数との乗算信号を加算し、当該加算結果を積算しこの積算結果を、前記変換対象のアナログ信号を前記サンプルホールド回路によりデジタル信号に変換する際のエラー信号とすることを特徴とするサンプルホールド回路のキャリブレーション方法、である。   In one embodiment of the present invention, the amplitude of an analog signal to be converted is changed by a random variable, and the changed analog signal to be converted is converted into a digital signal by a sample hold circuit (for example, a stage unit 41 shown in FIG. 17). Then, the converted digital signal is multiplied by the random variable, and the analog signal to be converted is A / D converted by a system different from the sample-and-hold circuit into the digital signal after the A / D conversion and the random variable. A digital signal corresponding to the size of the digital signal after the A / D conversion and the value of the random variable is generated, and the digital signal after the conversion by the sample hold circuit and the random variable are generated to the generated digital signal. Are added to each other, and the addition result is integrated, and the integration result is added to the analog signal to be converted as the sample signal. Calibration method of the sample-and-hold circuit, characterized in that the error signal when converted by the hold circuit into a digital signal is.

前記サンプルホールド回路はアンプ(例えば図17に示す、Gain−AMP12)を有し、当該アンプのゲインを、前記エラー信号に基づき調整するようになっていてよい。
前記アンプはゲインアンプであってよい。
前記サンプルホールド回路は、アンプを有する乗算型デジタルアナログコンバータ(例えば図17に示すMDAC110)を含み、前記乗算型デジタルアナログコンバータに含まれるアンプのゲインを、前記エラー信号に基づき調整するものであってよい。
The sample hold circuit may have an amplifier (for example, Gain-AMP 12 shown in FIG. 17), and the gain of the amplifier may be adjusted based on the error signal.
The amplifier may be a gain amplifier.
The sample and hold circuit includes a multiplying digital-analog converter having an amplifier (for example, MDAC 110 shown in FIG. 17), and adjusts the gain of the amplifier included in the multiplying digital-analog converter based on the error signal. Good.

前記サンプルホールド回路に含まれるアンプのうちのメインアンプのゲインを、前記エラー信号に基づき調整するものであってよい。
本発明の他の態様は、変換対象のアナログ信号の振幅をランダム変数で変動させるランダム変動部(例えば図17に示す、乗算器102cおよび演算器102d)と、前記ランダム変動部により振幅が変動された前記変換対象のアナログ信号をサンプルホールド回路でデジタル信号に変換した変換結果に前記ランダム変数を乗算する乗算部(例えば図17に示す、乗算器35)と、前記変換対象のアナログ信号を前記サンプルホールド回路とは別系統でA/D変換したA/D変換後のデジタル信号と前記ランダム変数とをもとに、前記A/D変換後のデジタル信号の大きさと前記ランダム変数の値とを表すデジタル信号からなる結合信号を生成する結合部(例えば図17に示す、結合器61)と、前記結合部で生成した前記結合信号に対応したデジタル信号を生成するルックアップテーブル(例えば図17に示す、LUT62)と、前記乗算部での乗算結果と前記ルックアップテーブルでの前記デジタル信号の生成結果とを加算する加算部(例えば図17に示す加算器63)と、前記加算部での加算結果を積算する積算部(例えば図17に示す、アキュームレータ21)と、を備えることを特徴とするキャリブレーション装置、である。
The gain of the main amplifier among the amplifiers included in the sample and hold circuit may be adjusted based on the error signal.
In another aspect of the present invention, the amplitude is varied by a random variation unit (for example, the multiplier 102c and the computing unit 102d shown in FIG. 17) that varies the amplitude of the analog signal to be converted by a random variable, and the random variation unit. Further, a multiplier (for example, a multiplier 35 shown in FIG. 17) that multiplies the conversion result obtained by converting the analog signal to be converted into a digital signal by a sample and hold circuit by the random variable, and the analog signal to be converted is sampled. Based on the digital signal after A / D conversion that is A / D converted by a system different from the hold circuit and the random variable, the magnitude of the digital signal after the A / D conversion and the value of the random variable are represented. A combining unit (for example, a combiner 61 shown in FIG. 17) that generates a combined signal composed of digital signals, and the combined signal generated by the combining unit. A lookup table (for example, LUT 62 shown in FIG. 17) that generates a digital signal, and an addition unit (for example, FIG. 17) that adds the multiplication result in the multiplication unit and the generation result of the digital signal in the lookup table. A calibration device comprising an adder 63) and an accumulator (for example, accumulator 21 shown in FIG. 17) for accumulating the addition results of the adder.

前記サンプルホールド回路は前記変換対象のアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換回路(例えば図17に示す、ADC12a)を備え、前記結合部は、前記サンプルホールド回路のA/D変換回路で変換したデジタル信号と前記ランダム変数とをもとに前記結合信号を生成するものであってよい。
前記サンプルホールド回路とは別に前記変換対象のアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換回路(例えば図15に示す、レベル判定回路217)を有し、前記結合部は、前記A/D変換回路で変換したデジタル信号と前記ランダム信号とをもとに前記結合信号を生成するものであってよい。
The sample hold circuit includes an A / D conversion circuit (for example, ADC 12a shown in FIG. 17) that converts the analog signal to be converted into a digital signal, and the coupling unit is an A / D conversion circuit of the sample hold circuit. The combined signal may be generated based on the converted digital signal and the random variable.
In addition to the sample-and-hold circuit, an A / D conversion circuit (for example, a level determination circuit 217 shown in FIG. 15) that converts the analog signal to be converted into a digital signal is included, and the coupling unit includes the A / D conversion The combined signal may be generated based on the digital signal converted by the circuit and the random signal.

前記サンプルホールド回路はアンプ(例えば図17に示す、Gain−AMP12)を有し、前記積算部の積算結果を前記サンプルホールド回路でのエラー信号として、前記アンプのゲインを前記積算結果に基づき調整する調整部(例えば図17に示す、DAC23)を備えていてよい。
前記アンプは、ゲインアンプであってよい。
The sample hold circuit includes an amplifier (for example, Gain-AMP 12 shown in FIG. 17), and the gain of the amplifier is adjusted based on the integration result by using the integration result of the integration unit as an error signal in the sample hold circuit. An adjustment unit (for example, DAC 23 shown in FIG. 17) may be provided.
The amplifier may be a gain amplifier.

前記サンプルホールド回路は、アンプを有する乗算型デジタルアナログコンバータ(例えば図17に示す、MDAC110)を含み、前記調整部は、前記乗算型デジタルアナログコンバータに含まれるアンプのゲインを、前記エラー信号に基づき調整するようになっていてよい。
前記調整部は、前記サンプルホールド回路に含まれるアンプのうちのメインアンプのゲインを、前記エラー信号に基づき調整するものであってよい。
The sample and hold circuit includes a multiplying digital-to-analog converter having an amplifier (for example, MDAC 110 shown in FIG. 17), and the adjusting unit determines the gain of the amplifier included in the multiplying-type digital to analog converter based on the error signal. It may be adjusted.
The adjustment unit may adjust a gain of a main amplifier among amplifiers included in the sample and hold circuit based on the error signal.

本発明の他の態様は、上記いずれかの態様に記載のキャリブレーション装置を有することを特徴とするサンプルホールド回路、である。   Another aspect of the present invention is a sample and hold circuit including the calibration device according to any one of the above aspects.

本発明の一態様によれば、新たに容量を追加することなく、より高精度にアナログデジタル変換を行なうことができる。特に、入力信号が所定の振幅であるときにのみアナログ信号を振幅させて得た信号を積算しこれをエラー信号としてキャリブレーションを行なうようにしているため、効率よくキャリブレーションを行なうことができる。さらに、変換対象のアナログ信号が所定のエラー積算領域内であるときにのみ積算するため、効率的な積算を行なうことができ、結果的にキャリブレーション時間を短縮することができる。   According to one embodiment of the present invention, analog-digital conversion can be performed with higher accuracy without newly adding a capacitor. In particular, since the signals obtained by amplifying the analog signals are integrated only when the input signal has a predetermined amplitude and the calibration is performed using this as an error signal, the calibration can be performed efficiently. Furthermore, since integration is performed only when the analog signal to be converted is within a predetermined error integration region, efficient integration can be performed, and as a result, the calibration time can be shortened.

パイプライン型A/D変換器の一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an example of a pipeline type A / D converter. SPMを用いた乗算型DA変換器の一例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows an example of the multiplication type DA converter using SPM. Gain−AMPの一例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows an example of Gain-AMP. Gain−AMPのその他の例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the other example of Gain-AMP. ランダム信号加算方式のキャリブレーション装置の一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an example of the calibration apparatus of a random signal addition system. 閾値変動方式のキャリブレーション装置の一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an example of the calibration apparatus of a threshold value fluctuation system. 閾値変動方式のキャリブレーション装置のより詳細な構成の一例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows an example of a more detailed structure of the calibration apparatus of a threshold value fluctuation system. SADC回路に含まれるADCの一部を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically a part of ADC contained in a SADC circuit. ランダム信号を加算しない場合のSADC回路の伝達関数(入出力特性)を示す図である。It is a figure which shows the transfer function (input / output characteristic) of a SADC circuit when not adding a random signal. 2.5BitのMDACである場合の、Stage1のSADC回路に含まれるADCの一部を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically a part of ADC contained in the SADC circuit of Stage1 in the case of 2.5-bit MDAC. ランダム信号を加算する場合のSADC回路の伝達関数(入出力特性)の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the transfer function (input / output characteristic) of a SADC circuit in the case of adding a random signal. (a)は、SADC回路のコンパレータにOffsetがない理想的な場合の、Stage1およびStage2の伝達関数(入出力特性)の一例を示す図であり、(b)は、Offsetがある場合の、Stage1およびStage2の伝達関数(入出力特性)の一例を示す図である。(A) is a figure which shows an example of the transfer function (input / output characteristic) of Stage1 and Stage2 in the ideal case where there is no Offset in the comparator of the SADC circuit, and (b) is a Stage1 in the case where there is Offset. It is a figure which shows an example of the transfer function (input / output characteristic) of Stage2. ランダム信号加算方式のキャリブレーション装置のより詳細な構成の一例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows an example of a more detailed structure of the calibration apparatus of a random signal addition system. ランダム信号を加算する時のSADC回路の入力信号および伝達関数(入出力特性)の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the input signal and transfer function (input / output characteristic) of a SADC circuit when adding a random signal. ランダム信号加算方式のキャリブレーション装置のその他の適用例を示す詳細な構成の一例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows an example of the detailed structure which shows the other application example of the calibration apparatus of a random signal addition system. 一般的なエラーがある場合の閾値変動方式のキャリブレーション装置におけるStage1およびStage2の伝達関数(入出力特性)の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the transfer function (input / output characteristic) of Stage1 and Stage2 in the calibration apparatus of the threshold value fluctuation system when there is a general error. 本発明における閾値変動方式のキャリブレーション装置のより詳細な構成の一例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows an example of a more detailed structure of the calibration apparatus of the threshold value fluctuation system in this invention. (a)は、MDACが2.5bit構成の場合の図17に示すランダム変数PN=1の時のStage1の伝達関数(入出力特性)とLUT出力値を示す図であり、(b)は、MDACが2.5bit構成の場合の図17に示すランダム変数PN=―1の時のStage1の伝達関数(入出力特性)とLUT出力値を示す図である。(A) is a diagram showing the transfer function (input / output characteristics) and LUT output value of Stage 1 when the random variable PN = 1 shown in FIG. 17 when the MDAC has a 2.5-bit configuration, and (b), FIG. 18 is a diagram showing a transfer function (input / output characteristics) of Stage 1 and an LUT output value when the random variable PN = −1 shown in FIG. 17 when the MDAC has a 2.5-bit configuration. ランダム信号加算方式のキャリブレーション装置のより詳細な構成の一例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows an example of a more detailed structure of the calibration apparatus of a random signal addition system. パイプライン型A/D変換器の一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an example of a pipeline type A / D converter. 乗算型DA変換器の一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an example of a multiplication type DA converter. 乗算型DA変換器の具体的回路の一例である。It is an example of the specific circuit of a multiplication type DA converter.

以下、本発明の実施形態を説明する。
なお、以下の説明では各ステージが2.5bit構成のパイプライン型A/D変換器を例に説明するが、これに限るものではなく、2.5bitでなくても良いし、パイプライン型A/D変換器でなくても良い。
図1は、本発明におけるサンプルホールド回路のキャリブレーション方法を適用したパイプライン型A/D変換器1の一例を示す概念図である。
Embodiments of the present invention will be described below.
In the following description, a pipeline type A / D converter in which each stage has a 2.5 bit configuration will be described as an example. However, the present invention is not limited to this, and may not be 2.5 bit. It does not have to be a / D converter.
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an example of a pipelined A / D converter 1 to which a sample and hold circuit calibration method according to the present invention is applied.

パイプライン型A/D変換器1は、図20に示したパイプライン型A/D変換器10と比較して、MDAC105の代わりに、MDAC110を備えるところが異なる。なお、図20に示したパイプライン型A/D変換器10と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
次に、本発明におけるSPMの概念を説明する。
The pipeline type A / D converter 1 is different from the pipeline type A / D converter 10 shown in FIG. 20 in that an MDAC 110 is provided instead of the MDAC 105. Components having the same functions as those of the pipeline type A / D converter 10 shown in FIG.
Next, the concept of SPM in the present invention will be described.

図2は、SPMを用いたMDAC110の一例を示す概略構成図である。
SPMは、図2に示すように、通常のDACに対してサミングポイント(Summing Point:加算点)Psumと呼ばれるMDAC−AMP11の入力端の電圧VaをモニタするためのゲインアンプであるGain−AMP12を使用する点に特徴がある。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram illustrating an example of the MDAC 110 using the SPM.
As shown in FIG. 2, the SPM includes a gain amplifier AMP12 which is a gain amplifier for monitoring the voltage Va at the input terminal of the MDAC-AMP 11 called a summing point (summing point) Psum with respect to a normal DAC. There is a feature in the point to use.

このGain−AMP12は、サンプルフェーズにおいては入出力端がグランドレベルにショートされ、ホールドフェーズでは入力端がサミングポイントPsumに接続され、出力端は、次段の単位ブロックStageI+1を構成するMDAC110のサンプリングキャパシタCsI+1に接続される。つまり、サンプルフェーズ(図2(a))およびホールドフェーズ(図2(b))を交互に繰り返すことにより、サミングポイントPsumの電圧VaをGain−AMP12で増幅した信号、すなわち(1/f′)×Vaを次段のサンプリングキャパシタCsI+1で蓄積する。   The gain-AMP 12 has an input / output terminal shorted to the ground level in the sample phase, an input terminal connected to the summing point Psum in the hold phase, and an output terminal connected to the sampling capacitor of the MDAC 110 constituting the next stage unit block StageI + 1. Connected to CsI + 1. That is, by alternately repeating the sample phase (FIG. 2A) and the hold phase (FIG. 2B), a signal obtained by amplifying the voltage Va at the summing point Psum by the Gain-AMP 12, that is, (1 / f ′) XVa is stored in the next stage sampling capacitor CsI + 1.

この図2に示すSPMを用いたMDAC110におけるMDAC−AMP11の出力Vout(MDAC)は、Gain−AMP12をもたない図21に示すMDAC105におけるMDAC−AMP11の出力Voutと同一となるため、前記(3)式から次式(6)で表すことができる。
Vout(MDAC)
=(CsI/Cf)×{1/(1+1/(a0×f))}×Vin
……(6)
The output Vout (MDAC) of the MDAC-AMP 11 in the MDAC 110 using the SPM shown in FIG. 2 is the same as the output Vout of the MDAC-AMP 11 in the MDAC 105 shown in FIG. ) Expression can be expressed by the following expression (6).
Vout (MDAC)
= (CsI / Cf) × {1 / (1 + 1 / (a0 × f))} × Vin
...... (6)

一方で、Gain−AMP12の出力Vout(SPM)は、このGain−AMP12のゲインを1/f′とすると、次式(7)で表すことができる。
Vout(SPM)
=(1/f′)×Va
=−1/(a0×f′)×Vout(MDAC) ……(7)
On the other hand, the output Vout (SPM) of the Gain-AMP 12 can be expressed by the following equation (7), where the gain of the Gain-AMP 12 is 1 / f ′.
Vout (SPM)
= (1 / f ') x Va
= -1 / (a0 * f ') * Vout (MDAC) (7)

図2に示すSPMを用いたMDAC110において、MDAC−AMP11の出力Vout(MDAC)とGain−AMP12の出力Vout(SPM)との差が、この単位ブロックStageIのトータルの出力となるため、単位ブロックStageIの出力Voutは、次式(8)で表すことができる。
Vout
=Vout(MDAC)−Vout(SPM)
=Vout(MDAC)+1/(a0×f′)×Vout(MDAC)
=(CsI/Cf)×{1/(1+1/(a0×f))}
×{1+1/(a0×f′)}×Vin ……(8)
In the MDAC 110 using the SPM shown in FIG. 2, the difference between the output Vout (MDAC) of the MDAC-AMP 11 and the output Vout (SPM) of the Gain-AMP 12 is the total output of the unit block StageI. Can be expressed by the following equation (8).
Vout
= Vout (MDAC) -Vout (SPM)
= Vout (MDAC) + 1 / (a0 * f ') * Vout (MDAC)
= (CsI / Cf) × {1 / (1 + 1 / (a0 × f))}
× {1 + 1 / (a0 × f ′)} × Vin (8)

ここで、「f′」が「f」に等しいときには、(8)式は次式(9)と表すことができる。
Vout=(CsI/Cf)×Vin ……(9)
式(9)から、SPMにおける単位ブロックStageIの出力Voutは、MDAC−AMP11のDCGain「a0」によらないことがわかる。すなわち、DCGain「a0」が低い場合であっても高いゲイン特性を保つことが可能となる。
Here, when “f ′” is equal to “f”, the equation (8) can be expressed as the following equation (9).
Vout = (CsI / Cf) × Vin (9)
From Expression (9), it can be seen that the output Vout of the unit block StageI in the SPM does not depend on the DCGain “a0” of the MDAC-AMP11. That is, it is possible to maintain high gain characteristics even when DCGain “a0” is low.

<Gain−AMP12の概念図>
図3は、本発明におけるパイプライン型A/D変換器1(図1)を構成するGain−AMP12の一例を示す概念図である。
本発明におけるパイプライン型A/D変換器1は、Stage1(100(1))については、MDACとして、図2に示すMDAC110を搭載し、且つそのGain−AMP12として、図3に示すGain−AMPを用いている。Stage2(100(2))〜StageN(100(N))については、図21に示す、Gain−AMP12を持たないMDACを搭載している。
<Conceptual diagram of Gain-AMP12>
FIG. 3 is a conceptual diagram showing an example of the Gain-AMP 12 constituting the pipeline type A / D converter 1 (FIG. 1) in the present invention.
The pipeline type A / D converter 1 according to the present invention is equipped with the MDAC 110 shown in FIG. 2 as the MDAC for the Stage 1 (100 (1)), and the Gain-AMP 12 shown in FIG. Is used. For Stage2 (100 (2)) to StageN (100 (N)), an MDAC having no Gain-AMP 12 shown in FIG. 21 is mounted.

つまり、パイプライン型A/D変換器1では、Stage1(100(1))が最も高いDCGain「a0」を要求される。そのため、本実施形態では、Stage1(100(1))についてのみ、MDACとして図2に示すMDAC110を搭載し、且つそのGain−AMP12として図3に示すGain−AMPを用いている。これに限るものではなく、全てのStage1(100(1))〜StageN(100(N))またはいずれか複数のStageについて、MDACとして図2に示すMDAC110を搭載し、且つそのGain−AMP12として図3に示すGain−AMPを用いることも可能である。   That is, in the pipeline type A / D converter 1, DCGain “a0” having the highest Stage1 (100 (1)) is required. Therefore, in the present embodiment, only for Stage 1 (100 (1)), the MDAC 110 shown in FIG. 2 is mounted as the MDAC, and the Gain-AMP shown in FIG. 3 is used as the Gain-AMP 12. The present invention is not limited to this. For all Stage 1 (100 (1)) to Stage N (100 (N)) or any of a plurality of Stages, the MDAC 110 shown in FIG. 2 is mounted as an MDAC, and the Gain-AMP 12 is illustrated. It is also possible to use the Gain-AMP shown in FIG.

なお、前記各図では、説明を簡略化するためにシングルエンド回路で構成した場合について説明したが、図3では全差動回路で構成した場合について説明する。
本発明におけるGain−AMP12は、図3に示すように、サミングポイントPsumに接続される、Nチャネル型MOSトランジスタで構成される、差動のMOSトランジスタMx1およびMx2を有し、出力に接続するMOSトランジスタMy1およびMy2と、電流値可変の電流源I1、I2、I3と、を含んで構成される非離散型の、ゲイン調整可能なゲインアンプであり、キャップレスのゲインアンプである。ここでいう、非離散型のゲインアンプとは、スイッチング動作なく連続的に入力信号を出力に増幅するアンプのことをいう。
In each of the above drawings, the case where the circuit is configured with a single-ended circuit has been described for the sake of simplification of the description, but FIG.
As shown in FIG. 3, the Gain-AMP 12 in the present invention has differential MOS transistors Mx1 and Mx2 composed of N-channel MOS transistors connected to a summing point Psum, and is connected to an output. This is a non-discrete type gain-adjustable gain amplifier that includes transistors My1 and My2 and current sources I1, I2, and I3 of variable current values, and is a capless gain amplifier. The non-discrete type gain amplifier here refers to an amplifier that continuously amplifies an input signal to an output without switching operation.

なお、MOSトランジスタMx1、Mx2、My1およびMy2は同一機能構成を有するMOSトランジスタで構成される。
すなわち、Gain−AMP12は、図3に示すように、直列に接続されたMOSトランジスタMy2およびMx2と、直列に接続されたMOSトランジスタMy1およびMx1とが電源VDDおよび接地GND間に並列に接続され、さらに、MOSトランジスタMx1およびMx2と接地GND間に、電流源I3が介挿されている。
The MOS transistors Mx1, Mx2, My1, and My2 are composed of MOS transistors having the same functional configuration.
That is, in the Gain-AMP 12, as shown in FIG. 3, the MOS transistors My2 and Mx2 connected in series and the MOS transistors My1 and Mx1 connected in series are connected in parallel between the power supply VDD and the ground GND. Further, a current source I3 is interposed between the MOS transistors Mx1 and Mx2 and the ground GND.

また、MOSトランジスタMy1およびMx1の接続点がGain−AMP12の一方の出力端Poutとなり、さらにMOSトランジスタMy1と並列に電流源I1が接続される。同様に、MOSトランジスタMy2およびMx2の接続点がGain−AMP12の他方の出力端Noutとなり、さらにMOSトランジスタMy2と並列に電流源I2が接続される。   The connection point between the MOS transistors My1 and Mx1 is one output terminal Pout of the Gain-AMP 12, and the current source I1 is connected in parallel with the MOS transistor My1. Similarly, the connection point of the MOS transistors My2 and Mx2 becomes the other output terminal Nout of the Gain-AMP 12, and the current source I2 is connected in parallel with the MOS transistor My2.

そして、MOSトランジスタMx2のゲートが、Gain−AMP12の一方の入力端Pinに接続され、MOSトランジスタMx1のゲートが、Gain−AMP12の他方の入力端Ninに接続される。これら入力端Pin/Ninは、図2におけるGain−AMP12の入力端に該当しサミングポイントPsumに接続される。
また、MOSトランジスタMy1およびMy2のゲートは、それぞれMOSトランジスタが飽和領域に入るのに十分な固定電圧Vb1、Vb2に接続される。
The gate of the MOS transistor Mx2 is connected to one input terminal Pin of the Gain-AMP12, and the gate of the MOS transistor Mx1 is connected to the other input terminal Nin of the Gain-AMP12. These input terminals Pin / Nin correspond to the input terminals of the Gain-AMP 12 in FIG. 2 and are connected to the summing point Psum.
The gates of the MOS transistors My1 and My2 are connected to fixed voltages Vb1 and Vb2 sufficient for the MOS transistors to enter the saturation region, respectively.

さらに、出力端PoutおよびNoutは、図2におけるGain−AMP12の出力端に該当し、次段のサンプリングキャパシタCsI+1に接続される。
図3に示すGain−AMP12のゲインは、MOSトランジスタMx1およびMx2の相互コンダクタンスをそれぞれgmx、MOSトランジスタMy1およびMy2の相互コンダクタンスをそれぞれgmyとすると、次式(10)で表すことができる。
1/f′=gmx/gmy ……(10)
Furthermore, the output terminals Pout and Nout correspond to the output terminal of the Gain-AMP 12 in FIG. 2, and are connected to the sampling capacitor CsI + 1 at the next stage.
The gain of the Gain-AMP 12 shown in FIG. 3 can be expressed by the following equation (10), where the mutual conductance of the MOS transistors Mx1 and Mx2 is gmx, and the mutual conductance of the MOS transistors My1 and My2 is gmy, respectively.
1 / f '= gmx / gmy (10)

Gain−AMP12のMOSトランジスタMx1、Mx2、My1、My2は全て同種のMOSトランジスタで構成されており同一機能構成を有する。そのため、Gain−AMP12の特性が、プロセスのばらつきの影響を受けにくいことに特徴がある。なお、電流源I1、I2、I3はそれぞれMOSトランジスタで構成することもできる。また、電流源I3をMOSトランジスタで構成すると、電源VDDの電源電圧から接地GNDまで3つのMOSトランジスタで接続される単純な増幅器が構成されるため、入出力振幅に電源電圧やMOSトランジスタの動作点などの制限をうけにくいという効果も有する。   The Gain-AMP12 MOS transistors Mx1, Mx2, My1, and My2 are all composed of the same type of MOS transistors and have the same functional configuration. Therefore, the characteristics of Gain-AMP 12 are characterized by being hardly affected by process variations. Note that each of the current sources I1, I2, and I3 can be composed of MOS transistors. In addition, when the current source I3 is configured by a MOS transistor, a simple amplifier connected by three MOS transistors from the power supply voltage of the power supply VDD to the ground GND is configured. It also has the effect that it is difficult to receive such restrictions.

ここで、一般的にMOSトランジスタの相互コンダクタンスgmは、MOSトランジスタのサイズをW/L(WはMOSトランジスタのゲート幅、LはMOSトランジスタのゲート長)、MOSトランジスタに流れる電流をiとすると、次式(11)で表すことができる。なお、(11)式中のKは、プロセスに依存した定数である。
gm=2×{K×(W/L)×i}1/2 ……(11)
Here, generally, the mutual conductance gm of a MOS transistor is expressed as follows: the size of the MOS transistor is W / L (W is the gate width of the MOS transistor, L is the gate length of the MOS transistor), and the current flowing through the MOS transistor is i. It can represent with following Formula (11). In the equation (11), K is a constant depending on the process.
gm = 2 × {K × (W / L) × i} 1/2 (11)

すなわち、MOSトランジスタの相互コンダクタンスgmの値は、MOSトランジスタに流れる電流iの1/2乗に対して比例関係にある。このことから電流源I1、I2、I3の電流値を細かく調整することにより、相互コンダクタンスgmの値を変化させることで、Gain−AMP12のゲイン1/f′を変化させることが可能となることがわかる。   That is, the value of the mutual conductance gm of the MOS transistor is proportional to the 1/2 power of the current i flowing through the MOS transistor. From this, it is possible to change the gain 1 / f ′ of the Gain-AMP 12 by changing the value of the mutual conductance gm by finely adjusting the current values of the current sources I1, I2, and I3. Recognize.

<Gain−AMP12のその他の例の概念図>
なお、上記実施形態では、Gain−AMP12を、Nチャネル型MOSトランジスタで構成した場合について説明したが、Pチャネル型MOSトランジスタで構成することも可能である。
<Conceptual diagram of other example of Gain-AMP12>
In the above embodiment, the case where the Gain-AMP 12 is configured by an N-channel MOS transistor has been described. However, the Gain-AMP 12 may be configured by a P-channel MOS transistor.

図4は、本発明におけるGain−AMP12のその他の例を示す概念図である。
図4に示すGain−AMP12は、サミングポイントPsumに接続され、Pチャネル型MOSトランジスタで構成される、差動のMOSトランジスタMx1およびMx2と、出力に接続するMOSトランジスタMy1およびMy2と、電流値可変の電流源I1、I2、I3と、を含んで構成する。なお、MOSトランジスタMx1、Mx2、My1およびMy2は同一機能構成を有するPチャネル型MOSトランジスタで構成される。
FIG. 4 is a conceptual diagram showing another example of Gain-AMP 12 in the present invention.
The Gain-AMP 12 shown in FIG. 4 is connected to the summing point Psum and is composed of P-channel MOS transistors, differential MOS transistors Mx1 and Mx2, MOS transistors My1 and My2 connected to the output, and variable current value. Current sources I1, I2, and I3. The MOS transistors Mx1, Mx2, My1, and My2 are P-channel MOS transistors having the same functional configuration.

すなわち、Gain−AMP12は、図4に示すように、直列に接続されたMOSトランジスタMx2およびMy2と、直列に接続されたMOSトランジスタMx1およびMy1とが電源VDDおよび接地GND間に並列に接続され、さらに、MOSトランジスタMx1およびMx2と電源VDDとの間に、電流源I3が介挿されている。
また、MOSトランジスタMx1およびMy1の接続点がGain−AMP12の一方の出力端Poutとなり、さらにMOSトランジスタMy1と並列に電流源I1が接続される。同様に、MOSトランジスタMx2およびMy2の接続点がGain−AMP12の他方の出力端Noutとなり、さらにMOSトランジスタMy2と並列に電流源I2が接続される。
That is, as shown in FIG. 4, the Gain-AMP 12 includes MOS transistors Mx2 and My2 connected in series, and MOS transistors Mx1 and My1 connected in series, connected in parallel between the power supply VDD and the ground GND. Further, a current source I3 is interposed between the MOS transistors Mx1 and Mx2 and the power supply VDD.
The connection point between the MOS transistors Mx1 and My1 is one output terminal Pout of the Gain-AMP 12, and the current source I1 is connected in parallel with the MOS transistor My1. Similarly, the connection point of the MOS transistors Mx2 and My2 becomes the other output terminal Nout of the Gain-AMP 12, and the current source I2 is connected in parallel with the MOS transistor My2.

そして、MOSトランジスタMx2のゲートが、Gain−AMP12の一方の入力端Pinに接続され、MOSトランジスタMx1のゲートが、Gain−AMP12の他方の入力端Ninに接続される。
これら入力端Pin/Ninは、図2におけるGain−AMP12の入力端に該当しサミングポイントPsumに接続される。
The gate of the MOS transistor Mx2 is connected to one input terminal Pin of the Gain-AMP12, and the gate of the MOS transistor Mx1 is connected to the other input terminal Nin of the Gain-AMP12.
These input terminals Pin / Nin correspond to the input terminals of the Gain-AMP 12 in FIG. 2 and are connected to the summing point Psum.

また、MOSトランジスタMy1およびMy2のゲートは、それぞれMOSトランジスタが飽和領域に入るのに十分な固定電圧Vb3、Vb4に接続される。
さらに、出力端PoutおよびNoutは、図2におけるGain−AMP12の出力端に該当し次段のサンプリングキャパシタCsI+1に接続される。
以上の構成とすることによって、Gain−AMP12をNチャネル型MOSトランジスタで構成した場合と同等の作用効果を得ることができる。
なお、図3、図4において、電流源I1〜I3は、それぞれMOSトランジスタで構成することも可能である。
The gates of the MOS transistors My1 and My2 are connected to fixed voltages Vb3 and Vb4 sufficient for the MOS transistors to enter the saturation region, respectively.
Further, the output terminals Pout and Nout correspond to the output terminal of the Gain-AMP 12 in FIG. 2 and are connected to the next-stage sampling capacitor CsI + 1.
With the above configuration, it is possible to obtain the same operational effects as when the Gain-AMP 12 is configured with an N-channel MOS transistor.
3 and 4, each of the current sources I1 to I3 can be configured by a MOS transistor.

<キャリブレーション装置>
次に、図3に示すGain−AMP12を有するMDAC110を備えたパイプライン型A/D変換器1における、Gain−AMP12のゲイン1/f′の調整を行う回路、すなわち、パイプライン型A/D変換器1のゲイン調整を行なう、キャリブレーション装置について説明する。
<Calibration device>
Next, a circuit for adjusting the gain 1 / f ′ of the Gain-AMP 12 in the pipeline A / D converter 1 including the MDAC 110 having the Gain-AMP 12 shown in FIG. 3, that is, the pipeline A / D. A calibration apparatus for adjusting the gain of the converter 1 will be described.

<ランダム信号加算方式のキャリブレーション装置>
図5は、Gain−AMP12を有するパイプライン型A/D変換器1のゲイン調整を行なう、キャリブレーション装置の一例を示す概略構成図である。図5に示すキャリブレーション装置は、ランダム信号を入力信号Vinに加算してキャリブレーションを行なうものである。このように、ランダム信号を入力信号Vinに加算してキャリブレーションを行なう方式を、ランダム信号加算方式という。
<Random signal addition type calibration device>
FIG. 5 is a schematic configuration diagram illustrating an example of a calibration apparatus that performs gain adjustment of the pipelined A / D converter 1 having the Gain-AMP 12. The calibration apparatus shown in FIG. 5 performs calibration by adding a random signal to an input signal Vin. A method of performing calibration by adding a random signal to the input signal Vin in this way is called a random signal addition method.

図5に示す、ランダム信号加算方式によるキャリブレーション装置において、パイプライン型A/D変換器1は、前述のように、図1に示すパイプライン型A/D変換器1を構成するMDAC110においてStage1では、MDAC110として図2に示すMDACを搭載し、そのGain−AMP12として図3に示す単純な構成のGain−AMPを用いている。   In the calibration apparatus using the random signal addition method shown in FIG. 5, the pipeline type A / D converter 1 is stage 1 in the MDAC 110 that constitutes the pipeline type A / D converter 1 shown in FIG. Then, the MDAC shown in FIG. 2 is mounted as the MDAC 110, and the gain-AMP 12 having a simple configuration shown in FIG.

図3においてGain−AMP12のゲイン「1/f′」がMDAC11のフィードバックファクタの逆数「1/f」と異なっており、そのため、パイプライン型A/D変換器1の入出力特性が非線形であるとすると、この場合の入出力特性は、次式(12)に示すように仮定することができる。
Vout(ADC)=(1−α)×Vin(ADC) ……(12)
In FIG. 3, the gain “1 / f ′” of the Gain-AMP 12 is different from the reciprocal “1 / f” of the feedback factor of the MDAC 11, and therefore the input / output characteristics of the pipeline type A / D converter 1 are nonlinear. Then, the input / output characteristics in this case can be assumed as shown in the following equation (12).
Vout (ADC) = (1−α) × Vin (ADC) (12)

(12)式中のαはGain−AMP12のゲイン「1/f′」とMDAC110のフィードバックファクタの逆数「1/f」を使って以下の通り表すことができる。
α=Cf/Cs×(1/a0)×(1/f−1/f′) ……(13)
Α in the equation (12) can be expressed as follows using the gain “1 / f ′” of Gain-AMP 12 and the reciprocal “1 / f” of the feedback factor of MDAC 110.
α = Cf / Cs × (1 / a0) × (1 / f−1 / f ′) (13)

ここで、「1」か「−1」からなるランダム変数PNを、ある電圧Vcalに乗じた信号PN×Vcalを入力信号Vinに加算し、加算したアナログ信号Vin(ADC)をパイプライン型A/D変換器1に入力する。電圧Vcalは、例えば必要な入力振幅や補正にかかる時間に基づいて設定すればよい。   Here, a random variable PN composed of “1” or “−1” is added to a signal PN × Vcal obtained by multiplying a certain voltage Vcal to the input signal Vin, and the added analog signal Vin (ADC) is added to the pipeline type A / Input to D converter 1. The voltage Vcal may be set based on, for example, a necessary input amplitude and a time required for correction.

なお、ここでは、ランダム変数PNを「1」か「−1」としているが、これに限定されるものではなく、0を基準に、プラス方向およびマイナス方向にある値だけ変動させた値であって、ランダム変数の平均値が零となる値であればよい。
パイプライン型A/D変換器1を通してアナログデジタル変換された後、パイプライン型A/D変換器1から出力されるアナログ信号Vin(ADC)相当のデジタル信号Vout(ADC)から、入力信号Vinに加算したアナログ信号(PN×Vcal)相当のデジタル信号を差し引くと、差し引いた結果、すなわち、出力Voutは次式(14)で表すことができる。
Vout=Vin−α×(Vin+PN×Vcal) ……(14)
Here, although the random variable PN is set to “1” or “−1”, it is not limited to this, and is a value that is changed by a value in the plus direction and the minus direction with reference to 0. Thus, it is sufficient that the average value of the random variables is zero.
After analog-to-digital conversion through the pipeline type A / D converter 1, the digital signal Vout (ADC) corresponding to the analog signal Vin (ADC) output from the pipeline type A / D converter 1 is converted into an input signal Vin. When a digital signal corresponding to the added analog signal (PN × Vcal) is subtracted, the subtraction result, that is, the output Vout can be expressed by the following equation (14).
Vout = Vin−α × (Vin + PN × Vcal) (14)

ここで、入力信号Vinに加算したアナログ信号(PN×Vcal)を演算する際に用いたランダム変数PNを、(14)式で表される出力Voutに乗じると、前述のように、ランダム変数PNは「1」または「−1」であってPN×PN=1であるため、次式(15)で表すことができる。
PN×Vout
=PN×Vin(1−α)−αVcal ……(15)
Here, when the random variable PN used when calculating the analog signal (PN × Vcal) added to the input signal Vin is multiplied by the output Vout represented by the equation (14), as described above, the random variable PN Is “1” or “−1” and PN × PN = 1, and can be expressed by the following equation (15).
PN x Vout
= PN × Vin (1-α) −αVcal (15)

入力信号Vinにランダム変数PNを乗じたPN×Vinは、長期的に平均化してみると零となるため、結局、(15)式は(16)式と表すことができる。
PN×Vout=−αVcal ……(16)
ここで、アキュームレータ(accumulator)21と、長期的に信号PN×Vout(=−α×Vcal=Verr)を検出するアップダウンカウンタ(up/dn counter)22と、DAC(D/Aコンバータ)23と、を使って、Verr(エラー信号)がゼロになるように、パイプライン型A/D変換器1を構成する各MDAC110のGain−AMP12のゲインを調整する。
Since PN × Vin obtained by multiplying the input signal Vin by the random variable PN becomes zero when averaged over a long period of time, the equation (15) can be expressed as the equation (16) after all.
PN × Vout = −αVcal (16)
Here, an accumulator 21, an up / down counter (up / dn counter) 22 for detecting a signal PN × Vout (= −α × Vcal = Verr) in the long term, a DAC (D / A converter) 23, , The gain of the Gain-AMP 12 of each MDAC 110 constituting the pipeline type A / D converter 1 is adjusted so that Verr (error signal) becomes zero.

すなわち、アキュームレータ21では、入力したエラー信号Verrを積算し、アップダウンカウンタ22では、積算値がゼロより小さい時、式(13)から1/f′が1/fより大きいとみなすことができるのでGain−AMP12のゲインを小さくする指令信号を出力する。逆にアキュームレータ21での積算値がゼロより大きい時、式(13)から1/f′が1/fより小さいとみなすことができるのでGain−AMP12のゲインを大きくする指令信号を出力する。   That is, the accumulator 21 accumulates the input error signal Verr, and the up / down counter 22 can consider that 1 / f ′ is greater than 1 / f from the equation (13) when the accumulated value is smaller than zero. A command signal for reducing the gain of the Gain-AMP 12 is output. On the contrary, when the integrated value in the accumulator 21 is larger than zero, it can be considered that 1 / f ′ is smaller than 1 / f from the equation (13), so that a command signal for increasing the gain of the Gain-AMP 12 is output.

DAC23では、アップダウンカウンタ22の指令信号に応じて電流源I1〜I3の電流値を調整する。例えば、1/f′を低下させる場合には、電流源I1、I2およびI3の電流量を減少させ、MOSトランジスタMx1およびMx2の相互コンダクタンスgmxを減少させることにより1/f′を低下させる。逆に、電流源I1、I2およびI3の電流量を増加させ、MOSトランジスタMx1およびMx2の相互コンダクタンスgmxを増加させることにより1/f′を増加させる。   The DAC 23 adjusts the current values of the current sources I1 to I3 according to the command signal of the up / down counter 22. For example, when 1 / f ′ is decreased, the current amount of the current sources I1, I2 and I3 is decreased, and 1 / f ′ is decreased by decreasing the mutual conductance gmx of the MOS transistors Mx1 and Mx2. Conversely, 1 / f ′ is increased by increasing the current amount of the current sources I1, I2, and I3 and increasing the mutual conductance gmx of the MOS transistors Mx1 and Mx2.

以上のようにGain−AMP12のゲインを調整すると、α=0となる。
したがって、α=0を、(14)式に代入すると、(14)式はVout=Vinとなる。すなわち、入力信号Vinを理想的にアナログデジタル変換したことと等価になる。
なお、図5に示す、ランダム信号加算方式によるキャリブレーション装置において、31は、図示しないランダム信号発生回路などで発生されるランダム変数PNと、予め設定された電圧Vcalとを乗算する演算器、32は、パイプライン型A/D変換器1への入力信号Vinと乗算器31の演算結果PN×Vcalとを加算した加算結果Vin(ADC)をパイプライン型A/D変換器1に出力する加算器、33は、前記ランダム信号発生回路などで発生されるランダム変数PNの負値(−PN)と予め設定された電圧Vcalと乗算する乗算器、34は、乗算器33の演算結果(−PN×Vcal)とパイプライン型A/D変換器1の出力Vout(ADC)とを加算し、出力Voutとして出力する加算器、35は、前記ランダム信号発生回路などで発生されるランダム変数PNと加算器34から出力される出力Voutとを乗算する乗算器である。
When the gain of Gain-AMP 12 is adjusted as described above, α = 0.
Therefore, if α = 0 is substituted into the equation (14), the equation (14) becomes Vout = Vin. That is, this is equivalent to ideal analog-digital conversion of the input signal Vin.
In the calibration apparatus using the random signal addition method shown in FIG. 5, 31 is a computing unit that multiplies a random variable PN generated by a random signal generation circuit (not shown) and the like, and a preset voltage Vcal, 32 Is the addition result Vin (ADC) obtained by adding the input signal Vin to the pipeline type A / D converter 1 and the calculation result PN × Vcal of the multiplier 31 to the pipeline type A / D converter 1. A multiplier 33 multiplies the negative value (−PN) of the random variable PN generated by the random signal generation circuit and the like with a preset voltage Vcal, and 34 indicates an operation result (−PN) of the multiplier 33. × Vcal) and the output Vout (ADC) of the pipeline A / D converter 1 are added and output as an output Vout, 35 is the random signal This is a multiplier that multiplies the random variable PN generated by the generation circuit or the like and the output Vout output from the adder 34.

また、図5のキャリブレーション装置においては、Gain−AMP12のゲインを調整したが、これに限るものではなく、例えば、図2のMDAC−AMP11のゲインを調整しても良い。この場合には、Gain−AMP12のゲイン調整を行なう場合と同様の手順でMDAC−AMP11のゲインを調整すればよい。
以上説明したように、図5に示す、ランダム信号加算方式によるキャリブレーション装置を用いることによって、パイプライン型A/D変換器1では、新たに容量を追加することなく、正確なアナログデジタル変換を行うことができ、また、MDAC−AMP11のDCgain「a0」が低くても、正確なアナログデジタル変換を行うことができる。したがって、ノイズの増加を抑制しつつ、精度のよいアナログデジタル変換を実現することができる。
In the calibration device of FIG. 5, the gain of Gain-AMP 12 is adjusted. However, the present invention is not limited to this. For example, the gain of MDAC-AMP 11 of FIG. 2 may be adjusted. In this case, what is necessary is just to adjust the gain of MDAC-AMP11 in the procedure similar to the case where the gain adjustment of Gain-AMP12 is performed.
As described above, by using the calibration apparatus based on the random signal addition method shown in FIG. 5, the pipeline type A / D converter 1 performs accurate analog-digital conversion without adding a new capacity. Even if the DCgain “a0” of MDAC-AMP11 is low, accurate analog-to-digital conversion can be performed. Therefore, accurate analog-to-digital conversion can be realized while suppressing an increase in noise.

また、例えば、図22のSPMを実現する乗算型DA変換器の回路のように、MDAC−AMP11の出力をフィードバックすることによりゲインを調整してGain−AMP12のゲイン「1/f′」を作る方法に比較して、本実施形態におけるGain−AMP12は図3に示すように、回路構成が単純である。そのため、消費電力を小さく抑えることができる。   Further, for example, the gain is adjusted by feeding back the output of the MDAC-AMP 11 to produce the gain “1 / f ′” of the Gain-AMP 12 like the circuit of the multiplying DA converter that realizes the SPM of FIG. Compared to the method, the gain-AMP 12 in this embodiment has a simple circuit configuration as shown in FIG. Therefore, power consumption can be kept small.

また、MDAC−AMP11のDCgain「a0」が比較的小さい場合であっても的確にアナログデジタル変換を行うことができるため、MDAC−AMP11のDCgain「a0」を小さく抑えることができる。そのため、MDAC−AMP11の構成も単純な構成にすることができ、すなわち、電源電圧を小さくすることができるため、さらに消費電力を抑えることも可能である。   Further, even if the DCgain “a0” of the MDAC-AMP11 is relatively small, the analog-digital conversion can be performed accurately, so that the DCgain “a0” of the MDAC-AMP11 can be kept small. Therefore, the configuration of the MDAC-AMP 11 can be made simple, that is, the power supply voltage can be reduced, so that power consumption can be further suppressed.

なお、図5のキャリブレーション装置では、パイプライン型A/D変換器1のStage1に含まれる、MDAC110のGain−AMP12を調整する場合について説明したが、パイプライン型A/D変換器1のその他のStageも、Gain−AMP12を有するMDAC110を含む場合には、各Stageにおいて各Gain−AMP12のゲインを調整するようにしてもよく、また、Gain−AMP12を含むか含まないかに関係なく、各Stageに含まれるMDAC−AMP11のゲインを調整するようにしてもよい。   In the calibration apparatus of FIG. 5, the case of adjusting the Gain-AMP 12 of the MDAC 110 included in the Stage 1 of the pipeline A / D converter 1 has been described. When the Stage includes the MDAC 110 having the Gain-AMP 12, the gain of each Gain-AMP 12 may be adjusted in each Stage, and whether or not the Gain-AMP 12 is included is included in each Stage. You may make it adjust the gain of MDAC-AMP11 contained in.

<閾値変動方式のキャリブレーション装置>
次に、キャリブレーション装置として、Gain−AMP12を備えたパイプライン型A/D変換器1のゲイン調整を行なう、キャリブレーション装置のその他の例を説明する。
図6は、図3に示すGain−AMP12を備えたパイプライン型A/D変換器1における、Gain−AMP12のゲイン1/f′の調整を行うキャリブレーション装置のその他の例を示す概略構成図である。
<Threshold variation calibration device>
Next, another example of the calibration apparatus that performs gain adjustment of the pipeline type A / D converter 1 including the Gain-AMP 12 as a calibration apparatus will be described.
FIG. 6 is a schematic configuration diagram illustrating another example of a calibration apparatus that adjusts the gain 1 / f ′ of the Gain-AMP 12 in the pipelined A / D converter 1 including the Gain-AMP 12 illustrated in FIG. 3. It is.

この図6に示すキャリブレーション装置は、パイプライン型A/D変換器1に含まれるSADC回路102の閾値を変動させることによりキャリブレーションを行なうものである。このように、SADC回路102の閾値を変動させてキャリブレーションを行なう方式を、閾値変動方式という。   The calibration apparatus shown in FIG. 6 performs calibration by changing the threshold value of the SADC circuit 102 included in the pipeline type A / D converter 1. A method of performing calibration by changing the threshold value of the SADC circuit 102 in this way is called a threshold value changing method.

この閾値変動方式によるキャリブレーション装置では、図6に示すように、図5に示すキャリブレーション装置で有していた乗算器31および33、加算器32および34は不要である。
図5に示す、ランダム信号加算方式によるキャリブレーション装置の場合、入力信号に無関係のランダム信号を加算してからAD変換するため、出力信号から加算したランダム信号相当の信号を減算する必要がある。これに対し、図6に示す閾値変動方式によるキャリブレーション装置の場合、SADC回路102の閾値を変動させるだけであって、ランダム信号を加算していないためこのランダム信号を減算する部分は不要となる。
As shown in FIG. 6, the calibration device using the threshold variation method does not require the multipliers 31 and 33 and the adders 32 and 34 that are included in the calibration device shown in FIG.
In the case of the calibration apparatus using the random signal addition method shown in FIG. 5, since a random signal irrelevant to the input signal is added and then AD conversion is performed, it is necessary to subtract a signal corresponding to the random signal added from the output signal. On the other hand, in the case of the calibration apparatus based on the threshold value variation method shown in FIG. 6, only the threshold value of the SADC circuit 102 is varied, and no random signal is added, so that a portion for subtracting the random signal is unnecessary. .

つまり、閾値変動方式によるキャリブレーション装置は、図6に示すように、パイプライン型A/D変換器1から出力される出力Voutとランダム変数PNとを乗算する乗算器35と、乗算器35の出力を加算するアキュームレータ(accumulator)21と、長期的に信号PN×Vout(=−α×Vcal=Verr)を検出するアップダウンカウンタ(up/dn counter)22と、DAC(D/Aコンバータ)23と、を備え、DAC23の出力を使って、エラー信号Verr(エラー信号)がゼロになるように、パイプライン型A/D変換器1を構成する各MDAC110のGain−AMP12のゲインを調整する。   That is, as shown in FIG. 6, the calibration device using the threshold variation method includes a multiplier 35 that multiplies the output Vout output from the pipeline A / D converter 1 and the random variable PN, An accumulator 21 for adding outputs, an up / down counter (up / dn counter) 22 for detecting a signal PN × Vout (= −α × Vcal = Verr) in the long term, and a DAC (D / A converter) 23 The gain of each MDAC 110 constituting the pipeline A / D converter 1 is adjusted so that the error signal Verr (error signal) becomes zero by using the output of the DAC 23.

図3においてGain−AMP12のゲイン「1/f′」がMDAC11のフィードバックファクタの逆数「1/f」と異なっており、そのため、パイプライン型A/D変換器1の入出力特性が非線形であるとすると、この場合の入出力特性は、次式(17)に示すように仮定することができる。
Vout=(1−α)×Vin ……(17)
(17)式中のαはGain−AMP12のゲイン「1/f′」とMDAC110のフィードバックファクタの逆数「1/f」とを使って次式(18)の通り表すことができる。
α=Cf/Cs×(1/a0)×(1/f−1/f′) ……(18)
In FIG. 3, the gain “1 / f ′” of the Gain-AMP 12 is different from the reciprocal “1 / f” of the feedback factor of the MDAC 11, and therefore the input / output characteristics of the pipeline type A / D converter 1 are nonlinear. Then, the input / output characteristics in this case can be assumed as shown in the following equation (17).
Vout = (1−α) × Vin (17)
Α in the equation (17) can be expressed as the following equation (18) using the gain “1 / f ′” of the Gain-AMP 12 and the reciprocal “1 / f” of the feedback factor of the MDAC 110.
α = Cf / Cs × (1 / a0) × (1 / f−1 / f ′) (18)

ここで、「1」か「−1」からなるランダム変数PNを、ある電圧Vcalに乗じた信号PN×VcalをSADC回路102内のADCの出力に加算する。電圧Vcalは、例えば必要な入力振幅や補正にかかる時間に基づいて設定すればよい。
パイプライン型A/D変換器1を通してアナログデジタル変換された後、パイプライン型A/D変換器1から出力されるアナログ信号Vin相当のデジタル信号Voutは次式(19)で表すことができる。
Vout=Vin−α×(Vin+PN×Vcal)
=(1−α)Vin−α(PN×Vcal) ……(19)
Here, a signal PN × Vcal obtained by multiplying a random voltage PN consisting of “1” or “−1” by a certain voltage Vcal is added to the output of the ADC in the SADC circuit 102. The voltage Vcal may be set based on, for example, a necessary input amplitude and a time required for correction.
A digital signal Vout corresponding to the analog signal Vin output from the pipeline A / D converter 1 after being converted from analog to digital through the pipeline A / D converter 1 can be expressed by the following equation (19).
Vout = Vin−α × (Vin + PN × Vcal)
= (1-α) Vin−α (PN × Vcal) (19)

ここで、ランダム変数PNを、(19)式で表される出力Voutに乗じると、前述のように、ランダム変数PNは「1」または「−1」であってPN×PN=1であるため、次式(20)で表すことができる。
PN×Vout
=PN×Vin(1−α)−αVcal ……(20)
Here, when the random variable PN is multiplied by the output Vout represented by the equation (19), as described above, the random variable PN is “1” or “−1” and PN × PN = 1. Can be represented by the following formula (20).
PN x Vout
= PN × Vin (1-α) −αVcal (20)

入力信号Vinにランダム変数PNを乗じたPN×Vinは、長期的に平均化してみると、零となるため、結局、(20)式は、(21)式と表すことができる。
PN×Vout=−αVcal ……(21)
ここで、アキュームレータ21と、アップダウンカウンタ22と、DAC(D/Aコンバータ)23と、を使って、Verr(エラー信号)がゼロになるように、パイプライン型A/D変換器1に含まれるMDAC110のGain−AMP12のゲインを調整する。
Since PN × Vin obtained by multiplying the input signal Vin by the random variable PN becomes zero when averaged over a long period of time, the equation (20) can be expressed as the equation (21).
PN × Vout = −αVcal (21)
Here, using the accumulator 21, the up / down counter 22, and the DAC (D / A converter) 23, it is included in the pipeline type A / D converter 1 so that Verr (error signal) becomes zero. The gain of the Gain-AMP 12 of the MDAC 110 to be adjusted is adjusted.

すなわち、アキュームレータ21では入力したエラー信号Verrを積算し、アップダウンカウンタ22では積算値がゼロより小さい時、1/f′が1/fより大きいとみなすことができるのでGain−AMP12のゲインを小さくする指令信号を出力する。逆にアキュームレータ21での積算値がゼロより大きい時、1/f′が1/fより小さいとみなすことができるのでGain−AMP12のゲインを大きくする指令信号を出力する。DAC23では、アップダウンカウンタ22の指令信号に応じて電流源I1〜I3の電流値を調整する。例えば、1/f′を低下させる場合には、電流源I1、I2およびI3の電流量を減少させ、MOSトランジスタMx1およびMx2の相互コンダクタンスgmxを減少させることにより1/f′を低下させる。逆に、電流源I1、I2およびI3の電流量を増加させ、MOSトランジスタMx1およびMx2の相互コンダクタンスgmxを増加させることにより1/f′を増加させる。   That is, the accumulator 21 integrates the input error signal Verr, and when the integrated value is smaller than zero, the up / down counter 22 can consider that 1 / f 'is larger than 1 / f, so that the gain of the Gain-AMP 12 is reduced. Command signal to be output. Conversely, when the integrated value in the accumulator 21 is larger than zero, it can be considered that 1 / f ′ is smaller than 1 / f, so that a command signal for increasing the gain of the Gain-AMP 12 is output. The DAC 23 adjusts the current values of the current sources I1 to I3 according to the command signal of the up / down counter 22. For example, when 1 / f ′ is decreased, the current amount of the current sources I1, I2 and I3 is decreased, and 1 / f ′ is decreased by decreasing the mutual conductance gmx of the MOS transistors Mx1 and Mx2. Conversely, 1 / f ′ is increased by increasing the current amount of the current sources I1, I2, and I3 and increasing the mutual conductance gmx of the MOS transistors Mx1 and Mx2.

以上のようにGain−AMP12のゲインを調整すると、α=0となる。
したがって、α=0を、(19)式に代入すると、(19)式はVout=Vinとなる。すなわち、入力信号Vinを理想的にアナログデジタル変換したことと等価になる。
なお、図6においては、Gain−AMP12のゲインを調整したが、これに限るものではなく、例えば、図2のMDAC−AMP11のゲインを、上記と同様の手順で調整するようにしても良い。
When the gain of Gain-AMP 12 is adjusted as described above, α = 0.
Therefore, if α = 0 is substituted into the equation (19), the equation (19) becomes Vout = Vin. That is, this is equivalent to ideal analog-digital conversion of the input signal Vin.
In FIG. 6, the gain of Gain-AMP 12 is adjusted. However, the present invention is not limited to this. For example, the gain of MDAC-AMP 11 in FIG. 2 may be adjusted by the same procedure as described above.

また、この場合も、パイプライン型A/D変換器1が、Stage1だけではなく、その他のStageも、Gain−AMP12を有するMDAC110を含む場合には、各Stageにおいて各Gain−AMP12のゲインを調整するようにしてもよく、また、Gain−AMP12を含むか含まないかに関係なく、各Stageに含まれるMDAC−AMP11のゲインを調整するようにしてもよい。   Also in this case, when the pipeline type A / D converter 1 includes not only the Stage 1 but also other stages including the MDAC 110 having the Gain-AMP 12, the gain of each Gain-AMP 12 is adjusted in each Stage. The gain of the MDAC-AMP 11 included in each stage may be adjusted regardless of whether the Gain-AMP 12 is included or not.

<閾値変動方式によるキャリブレーション装置の一例を示す詳細な構成図>
次に、閾値変動方式によるキャリブレーション装置の詳細な構成を説明する。
図7は、図6で説明したSADC回路102の閾値を変動させるキャリブレーション方法を用いて調整を行なう閾値変動方式によるキャリブレーション装置の詳細な構成を示したものであり、Background Calibrationを行う場合の、キャリブレーション装置の一例を示すブロック図である。
<Detailed configuration diagram showing an example of a calibration apparatus using a threshold variation method>
Next, a detailed configuration of the calibration apparatus using the threshold variation method will be described.
FIG. 7 shows a detailed configuration of a calibration apparatus based on a threshold variation method that performs adjustment using the calibration method that varies the threshold of the SADC circuit 102 described in FIG. 6. In the case of performing background calibration, FIG. It is a block diagram which shows an example of a calibration apparatus.

図7に示すように、パイプライン型A/D変換器1は、StageI(例えばStage1(単位ブロック100(1)))を含むステージ部41と、StageI+1からStageN(例えばStage2からStageN)までの単位ブロック100(2)〜100(N))を含むBackend ADC42と、を備える。   As shown in FIG. 7, the pipeline A / D converter 1 includes a stage unit 41 including Stage I (for example, Stage 1 (unit block 100 (1))), and units from Stage I + 1 to Stage N (for example, Stage 2 to Stage N). Backend ADC 42 including blocks 100 (2) to 100 (N)).

ステージ部41は、MDAC110とSADC回路102とを含んで構成される。
SADC回路102は、入力信号Vinが入力されるADC102aとDAC102bとを含んで構成され、さらに、電圧Vcalとランダム変数PNとを乗算する乗算器102cと、ADC102aの出力と乗算器102cの出力とを加算する演算器102dと、を備える。
The stage unit 41 includes an MDAC 110 and a SADC circuit 102.
The SADC circuit 102 includes an ADC 102a and a DAC 102b to which the input signal Vin is input, and further includes a multiplier 102c that multiplies the voltage Vcal and the random variable PN, an output of the ADC 102a, and an output of the multiplier 102c. And an arithmetic unit 102d for adding.

そして、図7に示すキャリブレーション装置は、前述のように、SADC回路102の閾値を変動させ入出力関数を変動させてキャリブレーションを行なう。
なお、MDAC110は、前述の図2に示すMDAC110と同一構成を有する。
また、入力信号Vinが、ステージ部41およびBackend ADC42で処理された結果得られる出力信号Vout、つまり入力信号VinをA/D変換した変換結果である出力信号Voutとランダム変数PNとを乗算器35で乗算し、乗算器35での演算結果をエラー信号Verrとする。そして、エラー信号Verrをアキュームレータ21で積算し、アップダウンカウンタ22では、積算値がゼロより小さいか、すなわち、1/f′が1/fより大きいとみなすことができるかに応じて指令信号をDAC23に出力し、DAC23では、アップダウンカウンタ22の指令信号に応じてGain−AMP12の電流源I1〜I3の電流値を調整する。
Then, as described above, the calibration apparatus shown in FIG. 7 performs calibration by changing the threshold of the SADC circuit 102 and changing the input / output function.
The MDAC 110 has the same configuration as the MDAC 110 shown in FIG.
Further, the output signal Vout obtained as a result of processing the input signal Vin by the stage unit 41 and the Backend ADC 42, that is, the output signal Vout which is a conversion result obtained by A / D converting the input signal Vin, and the random variable PN are multiplied by the multiplier 35. And the calculation result in the multiplier 35 is used as an error signal Verr. Then, the error signal Verr is integrated by the accumulator 21, and the up / down counter 22 outputs a command signal depending on whether the integrated value is smaller than zero, that is, 1 / f 'can be regarded as larger than 1 / f. In response to the command signal from the up / down counter 22, the DAC 23 adjusts the current values of the current sources I1 to I3 of the Gain-AMP 12.

ここで、SADC回路102の閾値を変動させてキャリブレーションを行なう手法は、Dither信号を挿入するための容量(CAP)を追加しないため、Feedback Gainを高く取れるというメリットがある。
また、この方式は入力信号にDither信号を重畳した信号を長周期的に積算するとゼロになることを前提としてAD変換により発生するエラーを取り出し、これをFeedbackして最適値を探索する。
Here, the method of performing calibration by changing the threshold value of the SADC circuit 102 has an advantage that a high Feedback Gain can be obtained because a capacitor (CAP) for inserting a Dither signal is not added.
Also, in this method, an error generated by AD conversion is extracted on the assumption that a signal obtained by superimposing a Dither signal on an input signal is accumulated for a long period, and an optimum value is searched by feeding back this error.

なお、図7においては、Gain−AMP12のゲインを調整しているが、これに限るものではなく、例えば、MDAC−AMP11のゲインを調整するものでも良いし、さらにサンプリングキャパシタCsIの容量値を調整するものでも良い。   In FIG. 7, the gain of Gain-AMP 12 is adjusted. However, the present invention is not limited to this. For example, the gain of MDAC-AMP 11 may be adjusted, and the capacitance value of sampling capacitor CsI may be adjusted. You can do it.

<従来のキャリブレーション方法との比較>
ここで、本実施形態のように、入力信号Vinにランダム信号を加算すること、或いは、SADC回路102の閾値を変動させることにより、パイプライン型A/D変換器1のゲイン調整を行なう方法と、従来のキャリブレーション方法との相違を明確にするため、従来のランダム信号を用いずに、ゲイン調整を行なう場合について説明する。
<Comparison with conventional calibration method>
Here, as in this embodiment, a method for adjusting the gain of the pipelined A / D converter 1 by adding a random signal to the input signal Vin or changing the threshold value of the SADC circuit 102. In order to clarify the difference from the conventional calibration method, a case where gain adjustment is performed without using a conventional random signal will be described.

図8は、例えば図7に示すMDAC110が2.5BitのMDACである場合のStage1のSADC回路102に含まれるADC102aの一部を模式的に示す図であって、従来のキャリブレーション方法を用いる場合の、SADC回路102に含まれるADCの一部を示したものである。
従来のキャリブレーション方法を用いる場合のSADC回路(以後、従来のSADC回路という)は、図8に示すように、コンパレータ151〜156を備えている。
FIG. 8 is a diagram schematically showing a part of the ADC 102a included in the SADC circuit 102 of Stage 1 when the MDAC 110 shown in FIG. 7 is a 2.5-bit MDAC, for example, and when a conventional calibration method is used. 2 shows a part of the ADC included in the SADC circuit 102.
A SADC circuit (hereinafter referred to as a conventional SADC circuit) in the case of using a conventional calibration method includes comparators 151 to 156 as shown in FIG.

コンパレータ151〜156は、入力信号Vinと基準電圧(5/8)・Vr、(3/8)・Vr、(1/8)・Vr、(−1/8)・Vr、(−3/8)・Vr、(−5/8)・Vrとをそれぞれ比較する。なお、Vrは、入力信号Vinの最大入力レンジである。   The comparators 151 to 156 include the input signal Vin and the reference voltages (5/8) · Vr, (3/8) · Vr, (1/8) · Vr, (−1/8) · Vr, (−3/8). ) · Vr and (−5/8) · Vr. Vr is the maximum input range of the input signal Vin.

図9は、ランダム信号を加算しない従来のSADC回路の伝達関数(入出力特性)を示す図である。図9において、横軸は入力、縦軸は出力である。また、図9中の「△」で指し示す値は、ランダム信号を加算しない従来のSADC回路の閾値を表す。
図9に示すように、ランダム信号を加算しない従来のSADC回路の場合、比較する基準電圧の値が変わらないので、入力信号に対して伝達関数が適応された出力信号が出力される。
FIG. 9 is a diagram illustrating a transfer function (input / output characteristics) of a conventional SADC circuit that does not add a random signal. In FIG. 9, the horizontal axis is input, and the vertical axis is output. Further, a value indicated by “Δ” in FIG. 9 represents a threshold value of a conventional SADC circuit that does not add a random signal.
As shown in FIG. 9, in the case of a conventional SADC circuit that does not add a random signal, the value of the reference voltage to be compared does not change, so that an output signal with a transfer function adapted to the input signal is output.

次に、本実施形態のようにSADC回路102においてランダム信号を加算する場合について説明する。
図10は、MDAC110が2.5BitのMDACである場合の、図7に示すStage1のSADC回路102に含まれるADCの一部を模式的に示す図である。
SADC回路102は、コンパレータ161〜168を備えている。
Next, a case where random signals are added in the SADC circuit 102 as in this embodiment will be described.
FIG. 10 is a diagram schematically illustrating a part of the ADC included in the SADC circuit 102 of Stage 1 illustrated in FIG. 7 when the MDAC 110 is a 2.5-bit MDAC.
The SADC circuit 102 includes comparators 161 to 168.

コンパレータ161〜168は、ランダム信号によって比較する電圧を入れ替える。すなわち、ランダム変数PN=1のときは、入力信号Vinと基準電圧(15/16)・Vr、(11/16)・Vr、(7/16)・Vr、(3/16)・Vr、(−1/16)・Vr、(−5/16)・Vr、(−9/16)・Vr、(−13/16)・Vrとをそれぞれ比較する。一方、ランダム変数PN=−1のときは、入力信号Vinと基準電圧(13/16)・Vr、(9/16)・Vr、(5/16)・Vr、(1/16)・Vr、(−3/16)・Vr、(−7/16)・Vr、(−11/16)・Vr、(−15/16)・Vrとをそれぞれ比較する。なお、Vrは、入力信号Vinの最大入力レンジである。   The comparators 161 to 168 exchange voltages to be compared with random signals. That is, when the random variable PN = 1, the input signal Vin and the reference voltages (15/16) · Vr, (11/16) · Vr, (7/16) · Vr, (3/16) · Vr, ( −1/16) · Vr, (−5/16) · Vr, (−9/16) · Vr, and (−13/16) · Vr. On the other hand, when the random variable PN = −1, the input signal Vin and the reference voltages (13/16) · Vr, (9/16) · Vr, (5/16) · Vr, (1/16) · Vr, (−3/16) · Vr, (−7/16) · Vr, (−11/16) · Vr, and (−15/16) · Vr are respectively compared. Vr is the maximum input range of the input signal Vin.

図11は、ランダム変数PNを加算する、本実施形態におけるSADC回路102の伝達関数(入出力特性)を示す図である。図11において、横軸はSADC回路102への入力を表し、縦軸は出力を表す。また、図11中の「△」で指し示す値は、ランダム変数PNを加算するSADC回路102の閾値を表す。
図11では、ランダム変数PN=1を加算する時のSADC回路102の伝達関数(入出力特性)と、ランダム変数PN=−1を加算する時のSADC回路102の伝達関数(入出力特性)とを併記している。
FIG. 11 is a diagram illustrating a transfer function (input / output characteristics) of the SADC circuit 102 in the present embodiment, in which the random variable PN is added. In FIG. 11, the horizontal axis represents the input to the SADC circuit 102, and the vertical axis represents the output. Further, the value indicated by “Δ” in FIG. 11 represents the threshold value of the SADC circuit 102 to which the random variable PN is added.
In FIG. 11, the transfer function (input / output characteristics) of the SADC circuit 102 when adding the random variable PN = 1, and the transfer function (input / output characteristics) of the SADC circuit 102 when adding the random variable PN = −1. Is also written.

入力側からみて例1のような入力信号が入ってきたところでは、ランダム変数PNの値によって出力信号が変わる。例えばPN=1の場合、ランダム変数PN=1を加算する時のSADC回路102の伝達関数が適応され、例1の入力信号は例1に応じた出力信号(PN=1)となる。PN=−1の場合、ランダム変数PN=−1を加算する時のSADC回路102の伝達関数が適応され、例1の入力信号は例1に応じた出力信号(PN=−1)となる。その結果、図11に示すように、ランダム変数PNにより出力結果が変動することになる。
この場合、ランダム変数PNによって同じ入力でも出力が変わるため、長期的に加算していくと、結果としてエラー成分が残る。
When an input signal as in Example 1 enters from the input side, the output signal changes depending on the value of the random variable PN. For example, when PN = 1, the transfer function of the SADC circuit 102 when adding the random variable PN = 1 is applied, and the input signal of Example 1 becomes an output signal (PN = 1) according to Example 1. When PN = −1, the transfer function of the SADC circuit 102 when adding the random variable PN = −1 is applied, and the input signal of Example 1 becomes the output signal (PN = −1) according to Example 1. As a result, as shown in FIG. 11, the output result varies depending on the random variable PN.
In this case, since the output changes even with the same input depending on the random variable PN, if it is added over a long period, an error component remains as a result.

一方、入力側からみて例2のような入力信号が入ってきたところでは、ランダム変数PNによって出力信号は変わらない。例えばPN=1の場合、ランダム変数PN=1を加算する時のSADC回路102の伝達関数が適応され、PN=−1の場合、ランダム変数PN=−1を加算する時のSADC回路102の伝達関数が適応されるが、両者の伝達関数は同じなので、例2の入力信号は例2に応じた出力信号(PN=1/−1)となる。   On the other hand, when an input signal such as Example 2 is input from the input side, the output signal is not changed by the random variable PN. For example, when PN = 1, the transfer function of the SADC circuit 102 when adding the random variable PN = 1 is applied. When PN = −1, the transfer function of the SADC circuit 102 when adding the random variable PN = −1. Although the function is applied, since both transfer functions are the same, the input signal of Example 2 is an output signal (PN = 1 / −1) according to Example 2.

この場合、ランダム変数PNが変動しても出力がいつも同じであるため、長期的に加算しても相殺されてエラーが残らない。
ところで、エラーが積算されていようがいまいが、アキュームレータ21では全ての出力信号についてこれらを積算している。
そこで、キャリブレーション時間を短縮化するためには、アキュームレータ21の積算時間を効率化すればよいことに着目し、前述のように、入力信号Vinによって、乗算器35でのエラー信号が零となる場合とならない場合とが存在することから、このエラー信号が零とならないときの入力信号Vinの取り得る領域をエラー積算領域とし、入力信号Vinがエラー積算領域内の値であるかどうかを判定し効率的な積算を行なう。
In this case, even if the random variable PN fluctuates, the output is always the same, so even if added for a long time, it is canceled out and no error remains.
By the way, whether or not errors are integrated, the accumulator 21 integrates all output signals.
Therefore, in order to shorten the calibration time, it is necessary to make the integration time of the accumulator 21 efficient, and as described above, the error signal in the multiplier 35 becomes zero by the input signal Vin. Since there are cases where the error signal does not become zero, a region that the input signal Vin can take when the error signal does not become zero is set as an error integration region, and it is determined whether or not the input signal Vin is a value within the error integration region. Perform efficient integration.

<閾値変動方式によるキャリブレーション方法の説明>
次に、閾値変動方式によるキャリブレーション方法を説明する。
本実施形態では、例えば図7に示す後段のBackend ADC42を利用することで入力信号Vinを、エラー信号が積算される領域(時間)と、エラー信号が積算されない領域(時間)とに区別し、エラー信号が積算される領域の値、つまり、エラー積算領域内の値であるときにのみ、エラー信号をアキュームレータ21で積算する。
<Description of calibration method using threshold fluctuation method>
Next, a calibration method using a threshold variation method will be described.
In the present embodiment, for example, the back-end ADC 42 shown in FIG. 7 is used to distinguish the input signal Vin into a region (time) in which the error signal is integrated and a region (time) in which the error signal is not integrated, The error signal is integrated by the accumulator 21 only when the value of the area where the error signal is integrated, that is, the value within the error integration area.

アキュームレータ21は、入力信号Vinが、エラー信号が積算されない領域(時間)の値である場合には、単に前回の積算結果を保持しても良いし、前回の積算結果に「0」を足しても良いし、または、アキュームレータ21の両端をバイパスしてもよい。   The accumulator 21 may simply hold the previous integration result when the input signal Vin is a value in a region (time) in which the error signal is not integrated, or may add “0” to the previous integration result. Alternatively, both ends of the accumulator 21 may be bypassed.

図12(a)は、図10に示す、ランダム変数PNを加算するSADC回路102のコンパレータ161〜168にOffsetがない理想的な場合の、Stage1およびStage2の伝達関数(入出力特性)を示す図である。Stage1の伝達関数を示す図(図12(a)の左側の図)において、横軸はSADC回路102への入力を表し、縦軸は出力を表し、横軸の「△」が指し示す値は、Stage1のSADC回路102の閾値を表す。また、実線はPN=1の場合の伝達特性を表し、一点鎖線はPN=−1の場合の伝達特性を表す。   FIG. 12A shows the transfer functions (input / output characteristics) of Stage 1 and Stage 2 in the ideal case where there is no offset in the comparators 161 to 168 of the SADC circuit 102 that adds the random variable PN shown in FIG. It is. In the diagram showing the transfer function of Stage 1 (the diagram on the left side of FIG. 12A), the horizontal axis represents the input to the SADC circuit 102, the vertical axis represents the output, and the value indicated by “Δ” on the horizontal axis is This represents the threshold value of the SADC circuit 102 of Stage1. The solid line represents the transfer characteristic when PN = 1, and the alternate long and short dash line represents the transfer characteristic when PN = -1.

Stage2の伝達関数を示す図(図12(a)の右側の図)において、横軸は、Stage2のSADC回路102の出力を表し、縦軸は、Stage2のSADC回路102の入力を表し、縦軸の「△」が指し示す値は、Stage2のSADC回路102の閾値を表す。また、PN=1の場合およびPN=−1の場合のそれぞれについて、SADC回路102への入力信号と、入力信号が複数に分割されてなる各セグメントseg.0〜seg.7との対応を表す。   In the diagram showing the transfer function of Stage 2 (the diagram on the right side of FIG. 12A), the horizontal axis represents the output of the SADC circuit 102 of Stage 2, the vertical axis represents the input of the SADC circuit 102 of Stage 2, and the vertical axis The value indicated by “Δ” indicates the threshold value of the SADC circuit 102 of Stage2. Further, for each of the cases of PN = 1 and PN = −1, the input signal to the SADC circuit 102 and each segment seg. 0 to seg. 7 is represented.

図12(a)において、ランダム変数PNの影響を受けない領域はStage2入力(=Stage1出力)の(−1/4)・Vr〜(1/4)・Vrに該当する。図示しない判定回路は、この領域をエラー積算している領域(時間)と判定し、エラー積算している領域(時間)としていない領域(時間)とを区別することで、エラー積算している領域のみアキュームレータ21で積算する。   In FIG. 12A, the region not affected by the random variable PN corresponds to (−1/4) · Vr to (1/4) · Vr of Stage 2 input (= Output of Stage 1). A determination circuit (not shown) determines that this area is an error integrated area (time), and distinguishes an error integrated area (time) from an unintegrated area (time). Only the accumulator 21 is integrated.

このように、エラーが積算される領域のみ積算するので、エラー積算にとって不要な入力信号を極力積算しなくてすむようになり、相対的に必要なエラー信号の積算比率が高くなる。つまり、積算した信号のうち、エラー成分の比率が高まるので相対的に積算時間が短くてもエラー成分を取り出しやすくなる。
ここで、Stage2入力(=Stage1出力)が(−1/4)・Vr〜(1/4)・Vrとなるのは、図12(a)に示すように、Stage2に入力される入力信号が複数に分割されてなる各Segmentにおいて、セグメントSeg.3とセグメントSeg.2の中で出力が0以上の時、セグメントSeg.4の中で出力が0以下の時である。
As described above, since only the areas where errors are integrated are integrated, it is not necessary to integrate as much as possible the input signals unnecessary for error integration, and the integration ratio of the error signals that are relatively necessary increases. That is, since the ratio of error components in the integrated signal increases, it is easy to extract error components even if the integration time is relatively short.
Here, the stage 2 input (= stage 1 output) is (−1/4) · Vr to (1/4) · Vr as shown in FIG. 12 (a) when the input signal inputted to Stage2 is In each segment divided into a plurality of segments, segment Seg. 3 and segment Seg. 2 when the output is 0 or more, the segment Seg. 4 when the output is 0 or less.

出力が0以上あるいは0以下というのは、後段のBackend ADC42のAD変換結果から判別することができ、これらに該当する場合はアキュームレータ21で積算しない。このように、判定には新たな判定回路を追加するのではなく後段のBackend ADC42におけるAD変換結果を利用することができる。   Whether the output is 0 or more or 0 or less can be determined from the AD conversion result of the back-end ADC 42, and the accumulator 21 does not perform integration if it corresponds to these. As described above, instead of adding a new determination circuit, the AD conversion result in the back-end ADC 42 can be used for the determination.

図12(b)は、SADC回路102のコンパレータにOffsetがある場合の、Stage1およびStage2の伝達関数(入出力特性)を示す図である。Stage1の伝達関数を示す図(図12(b)の左側の図)において、横軸はSADC回路102への入力を表し、縦軸は出力を表し、横軸の「△」が指し示す値は、Stage1のSADC回路102の閾値を表す。また、実線はPN=1の場合の伝達特性を表し、一点鎖線はPN=−1の場合の伝達特性を表す。また、Stage2の伝達関数を示す図(図12(b)の右側の図)において、横軸は、Stage2のSADC回路102の出力を表し、縦軸は、Stage2のSADC回路102の入力を表し、縦軸の「△」が指し示す値は、Stage2のSADC回路102の閾値を表す。   FIG. 12B is a diagram illustrating transfer functions (input / output characteristics) of Stage 1 and Stage 2 when the comparator of the SADC circuit 102 has Offset. In the diagram showing the transfer function of Stage 1 (the diagram on the left side of FIG. 12B), the horizontal axis represents the input to the SADC circuit 102, the vertical axis represents the output, and the value indicated by “Δ” on the horizontal axis is: This represents the threshold value of the SADC circuit 102 of Stage1. The solid line represents the transfer characteristic when PN = 1, and the alternate long and short dash line represents the transfer characteristic when PN = -1. In the diagram showing the transfer function of Stage 2 (the diagram on the right side of FIG. 12B), the horizontal axis represents the output of the SADC circuit 102 of Stage 2, and the vertical axis represents the input of the SADC circuit 102 of Stage 2. The value indicated by “Δ” on the vertical axis represents the threshold value of the SADC circuit 102 of Stage2.

図12(b)に示すように、SADC回路102のコンパレータ161〜168にOffsetがある場合は、積算すべき領域は後段のBackend ADC42にとって広がる。このことからSADC回路102のコンパレータのOffsetも加味したうえで、エラー信号を積算しない領域を決めるとよい。例えば、Offsetが(1/32)・Vrであると仮定するとエラー信号を積算しない領域は後段のBackend ADC42にとって全体の1/8になりその分の時間短縮効果が見込まれる。   As shown in FIG. 12B, when the offsets are present in the comparators 161 to 168 of the SADC circuit 102, the area to be integrated is widened for the back-end ADC 42. Therefore, it is preferable to determine a region where error signals are not integrated in consideration of the offset of the comparator of the SADC circuit 102. For example, assuming that Offset is (1/32) · Vr, the area where the error signal is not integrated becomes 1/8 of the entire back-end ADC 42, and the time reduction effect is expected.

<ランダム信号加算方式によるキャリブレーション装置の一例を示す詳細な構成図>
次に、ランダム信号加算方式によるキャリブレーション装置の詳細な構成を説明する。
図13は、図5で説明した入力信号にランダム信号を加算する、ランダム信号加算方式によるキャリブレーション装置の一例を示す詳細な構成の概念図である。
図13に示す、ランダム信号加算方式によるキャリブレーション装置は、図7に示す閾値変動方式によるキャリブレーション装置と比較して、乗算器31および33、加算器34、さらにランダム信号を加算するための加算器32としての容量を備えるところが異なる。なお、図7に示したキャリブレーション装置と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
<Detailed configuration diagram showing an example of a calibration apparatus using a random signal addition method>
Next, a detailed configuration of the calibration apparatus using the random signal addition method will be described.
FIG. 13 is a conceptual diagram of a detailed configuration showing an example of a calibration apparatus using a random signal addition method that adds a random signal to the input signal described in FIG.
Compared with the calibration apparatus based on the threshold value variation system shown in FIG. 7, the calibration apparatus based on the random signal addition system shown in FIG. 13 further includes multipliers 31 and 33, an adder 34, and addition for adding random signals. The place provided with the capacity as the container 32 is different. Components having the same functions as those of the calibration apparatus shown in FIG.

図13に示すように、パイプライン型A/D変換器1は、StageI(例えばStage1(単位ブロック100(1)))を含むステージ部51と、StageI+1からStageN(例えばStage2からStageN)までの単位ブロック(100(2)〜100(N))を含むBackend ADC52と、を備える。
ステージ部51は、MDAC110と、SADC回路102′と、を含むとともに、電圧Vcalとランダム変数PNとを乗算する乗算器31と、乗算器31の乗算結果を、入力信号Vinに加算するための加算器32としての容量と、を含んで構成される。
As shown in FIG. 13, the pipeline A / D converter 1 includes a stage unit 51 including Stage I (for example, Stage 1 (unit block 100 (1))) and a unit from Stage I + 1 to Stage N (for example, Stage 2 to Stage N). Backend ADC 52 including blocks (100 (2) to 100 (N)).
The stage unit 51 includes an MDAC 110 and a SADC circuit 102 ′, a multiplier 31 that multiplies the voltage Vcal and the random variable PN, and an addition for adding the multiplication result of the multiplier 31 to the input signal Vin. And the capacity of the container 32.

SADC回路102′は、入力信号Vinが入力されるADC102aとDAC102bとを含む。
そして、図13に示すキャリブレーション装置は、入力信号Vinにランダム信号を加算し、入力信号Vinの振幅を変動させてキャリブレーションを行なう。
なお、MDAC110は、前述の図2に示すMDAC110と同一構成を有する。
The SADC circuit 102 ′ includes an ADC 102a and a DAC 102b to which the input signal Vin is input.
The calibration apparatus shown in FIG. 13 adds a random signal to the input signal Vin, and performs calibration by changing the amplitude of the input signal Vin.
The MDAC 110 has the same configuration as the MDAC 110 shown in FIG.

また、電圧Vcalとランダム変数「−PN」とを乗算する乗算器33での演算結果に、入力信号Vinが、ステージ部51およびBackend ADC52で処理された結果得られる出力信号Vout(ADC)、つまり入力信号Vinにランダム信号を加算した信号をA/D変換した変換結果である出力信号Vout(ADC)を加算器34により加算して、入力信号Vinを、A/D変換したデジタル信号である出力信号Voutを得る。そして、この出力信号Voutとランダム変数PNとを乗算器35で乗算する。この乗算器35での演算結果をエラー信号Verrとして、エラー信号Verrをアキュームレータ21で積算し、アップダウンカウンタ22では、積算値がゼロより小さいか、すなわち、1/f′が1/fより大きいとみなすことができるかに応じて指令信号をDAC23に出力し、DAC23では、アップダウンカウンタ22の指令信号に応じてGain−AMP12の電流源I1〜I3の電流値を調整する。   Further, an output signal Vout (ADC) obtained as a result of processing the input signal Vin by the stage unit 51 and the Backend ADC 52, that is, the calculation result of the multiplier 33 that multiplies the voltage Vcal and the random variable “−PN”, that is, An output signal Vout (ADC), which is a result of A / D conversion of a signal obtained by adding a random signal to the input signal Vin, is added by an adder 34, and an output which is a digital signal obtained by A / D converting the input signal Vin. A signal Vout is obtained. Then, the multiplier 35 multiplies the output signal Vout and the random variable PN. The calculation result in the multiplier 35 is used as an error signal Verr, and the error signal Verr is integrated by the accumulator 21. In the up / down counter 22, the integrated value is smaller than zero, that is, 1 / f ′ is larger than 1 / f. A command signal is output to the DAC 23 according to whether it can be considered, and the DAC 23 adjusts the current values of the current sources I1 to I3 of the Gain-AMP 12 according to the command signal of the up / down counter 22.

なお、図13では、加算器32としての容量に(Vcal×PN)の電圧をチャージすることにより、アナログ部での加算を実現しているが、これに限るものではなく、容量に替えて加算器を用いても良い。
また、電圧Vcalの代わりに、SADC回路102′に含まれるADC102aのコンパレータで用いる基準電圧Vrを用い、入力信号Vinの入力端につながる容量(CAP)CsIとの比で実現することもできる。たとえばVcal=(1/4)・Vrのとき、図13中の電圧Vcalを(1/4)・Vrにする代わりに、VcalをVrにし、CAP比を1:4にして実現してもよい。
In FIG. 13, the addition of the analog unit is realized by charging the capacitor as the adder 32 with a voltage of (Vcal × PN). However, the present invention is not limited to this. A vessel may be used.
Further, instead of the voltage Vcal, the reference voltage Vr used in the comparator of the ADC 102a included in the SADC circuit 102 ′ can be used, and the ratio can be realized by the ratio with the capacitance (CAP) CsI connected to the input terminal of the input signal Vin. For example, when Vcal = (1/4) · Vr, instead of setting the voltage Vcal in FIG. 13 to (1/4) · Vr, Vcal may be set to Vr and the CAP ratio may be set to 1: 4. .

なお、図13において、Gain−AMP12のゲインを調整したが、これに限るものではなく、例えば、MDAC−AMP11のゲインを調整するものでも良い。
図14は、図13のランダム信号加算方式のキャリブレーション装置において、ランダム変数PNを入力信号Vinに加算する場合の、入力信号とSADC回路102′の伝達関数(入出力特性)とを示す図である。図14において横軸は、SADC回路102′への入力信号、縦軸は出力を表す。
In FIG. 13, the gain of Gain-AMP 12 is adjusted. However, the gain is not limited to this. For example, the gain of MDAC-AMP 11 may be adjusted.
FIG. 14 is a diagram showing an input signal and a transfer function (input / output characteristics) of the SADC circuit 102 ′ when the random variable PN is added to the input signal Vin in the random signal addition type calibration apparatus of FIG. is there. In FIG. 14, the horizontal axis represents the input signal to the SADC circuit 102 ', and the vertical axis represents the output.

図14では、ランダム変数PN=1を加算する時の入力信号と、ランダム変数PN=−1を加算する時の入力信号とを併記している。なお、図14中の「△」の指し示す位置は、SADC回路102の閾値を表し、PN=1の場合とPN=−1の場合とでは伝達関数は同一であって、閾値も同一である。
伝達関数が同じでもランダム変数PNによって出力が変わる場合は、長期的に加算していくと、結果としてエラー成分が残る。
In FIG. 14, the input signal when adding the random variable PN = 1 and the input signal when adding the random variable PN = −1 are shown together. Note that the position indicated by “Δ” in FIG. 14 represents the threshold value of the SADC circuit 102, and the transfer function is the same and the threshold value is the same when PN = 1 and PN = −1.
Even if the transfer function is the same, if the output varies depending on the random variable PN, an error component remains as a result if they are added over a long period of time.

一方、ランダム変数PNが変動したとしても出力が同じである場合は、長期的に加算しても相殺されてエラーが残らない。
図13に示すキャリブレーション装置においても、図7に示すキャリブレーション装置と同様に、後段のBackend ADC52を利用することでエラー信号を積算している領域(時間)とエラー信号を積算していない領域(時間)とを区別し、エラー信号を積算している領域のみアキュームレータ21で積算することで、キャリブレーション時間を短縮化することができる。
On the other hand, even if the random variable PN fluctuates, if the output is the same, even if it is added over a long period, it is canceled out and no error remains.
In the calibration apparatus shown in FIG. 13, similarly to the calibration apparatus shown in FIG. 7, an area (time) in which error signals are integrated by using the back-end ADC 52 and an area in which error signals are not integrated. By distinguishing from (time) and accumulating only the area where error signals are accumulated by the accumulator 21, the calibration time can be shortened.

以上のように、本発明によれば、サミングポイントPsumの電圧を取り出す回路を単純な構成のGain−AMP12で実現しても、動作環境や製造工程時のばらつきによらず精度の良いゲインが実現できる。   As described above, according to the present invention, even when the circuit for extracting the voltage at the summing point Psum is realized by the gain-AMP 12 having a simple configuration, a high-accuracy gain is realized regardless of variations in the operating environment and the manufacturing process. it can.

<ランダム信号方式によるキャリブレーション装置の他の適用例を示す構成図>
次に、キャリブレーション装置の他の適用例を説明する。
図15は、ランダム信号加算方式によるキャリブレーション装置の他の適用例を示す詳細な構成図である。
図15に示すキャリブレーション装置は、パイプライン型A/D変換器ではなく、A/D変換器のサンプルホールド回路において、ゲイン調整を行なうものであって、図15では、図13で説明した入力信号Vinにランダム信号を加算することによりキャリブレーションを行なうものである。
<Configuration diagram showing another application example of calibration apparatus using random signal system>
Next, another application example of the calibration apparatus will be described.
FIG. 15 is a detailed configuration diagram illustrating another application example of the calibration apparatus using the random signal addition method.
The calibration apparatus shown in FIG. 15 performs gain adjustment in the sample hold circuit of the A / D converter, not in the pipeline type A / D converter. In FIG. 15, the input described in FIG. Calibration is performed by adding a random signal to the signal Vin.

すなわち、図15に示すキャリブレーション装置は、図13に示したStage1を含むステージ部51とそれ以降のStageを含むBackend ADC52とを含むパイプライン型A/D変換器1の代わりに、ADC(A/D変換器)212のサンプルホールド回路211のゲイン調整を行なうものであり、このキャリブレーション装置は、図13に示すキャリブレーション装置において、さらにレベル判定回路217を備える。   That is, the calibration apparatus shown in FIG. 15 uses an ADC (A / D converter 1) instead of the pipeline A / D converter 1 including the stage unit 51 including Stage 1 and the Backend ADC 52 including Stages thereafter. / D converter) 212 is for adjusting the gain of the sample hold circuit 211. This calibration apparatus is further provided with a level determination circuit 217 in the calibration apparatus shown in FIG.

なお、図13に示したキャリブレーション装置と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
図15は、サンプルホールド回路211に対して、Background Calibrationを行うためのキャリブレーション装置の一例を示すブロック図である。
図15に示すように、サンプルホールド回路211は、AMP221とGain−AMP12と、AMP221の出力端と反転入力端とを接続する容量222と、一端が入力信号Vinの入力端に接続され、他端が、AMP221の反転入力端とGain−AMP12の入力端とに接続されるサンプリング容量223と、を備えるとともに、さらに、電圧Vcalとランダム変数PNとを乗算する乗算器31と加算器32としての容量と、を備える。そして、AMP221の出力端とGain−AMP12の出力端との間に、サンプルホールド回路211とADC212とを接続するための容量213が接続される。
Note that components having the same functions as those of the calibration apparatus shown in FIG. 13 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
FIG. 15 is a block diagram illustrating an example of a calibration device for performing background calibration on the sample hold circuit 211.
As shown in FIG. 15, the sample hold circuit 211 includes an AMP 221, a gain-AMP 12, a capacitor 222 that connects the output terminal and the inverting input terminal of the AMP 221, one end connected to the input terminal of the input signal Vin, and the other end. Includes a sampling capacitor 223 connected to the inverting input terminal of the AMP 221 and the input terminal of the Gain-AMP 12, and further, a capacity as a multiplier 31 and an adder 32 that multiplies the voltage Vcal and the random variable PN. And comprising. A capacitor 213 for connecting the sample hold circuit 211 and the ADC 212 is connected between the output terminal of the AMP 221 and the output terminal of the Gain-AMP 12.

図15に示すキャリブレーション装置は、ADC212の後段に、電圧Vcalとランダム変数「−PN」とを乗算する乗算器33と、ADC212の出力Vout(ADC)と乗算器33の出力とを加算する加算器34と、を備える。
そして、電圧Vcalとランダム変数「−PN」とを乗算する乗算器33での演算結果に、ADC212からの出力を加算器34により加算し、入力信号Vinのデジタル信号である出力信号Voutを得る。この出力信号Voutとランダム変数PNとを乗算器35で乗算し、この演算結果をエラー信号Verrとしてアキュームレータ21で積算する。アップダウンカウンタ22では、積算値がゼロより小さいか、すなわち、1/f′が1/fより大きいとみなすことができるかに応じて指令信号をDAC23に出力し、DAC23では、アップダウンカウンタ22の指令信号に応じてGain−AMP12の電流源I1〜I3の電流値を調整する。
The calibration apparatus illustrated in FIG. 15 includes a multiplier 33 that multiplies the voltage Vcal and the random variable “−PN” after the ADC 212, and an addition that adds the output Vout (ADC) of the ADC 212 and the output of the multiplier 33. Instrument 34.
Then, the output from the ADC 212 is added to the calculation result of the multiplier 33 that multiplies the voltage Vcal and the random variable “−PN” by the adder 34 to obtain an output signal Vout that is a digital signal of the input signal Vin. The output signal Vout and the random variable PN are multiplied by the multiplier 35, and the calculation result is integrated by the accumulator 21 as the error signal Verr. The up / down counter 22 outputs a command signal to the DAC 23 according to whether the integrated value is smaller than zero, that is, 1 / f ′ can be regarded as larger than 1 / f. The current values of the current sources I1 to I3 of the Gain-AMP 12 are adjusted according to the command signal.

なお、図15においては、Gain−AMP12のゲインを調整したが、これに限るものではなく、例えば、サンプルホールド回路211のAMP221のゲインを調整するものでも良いし、サンプルホールド回路211に含まれるキャパシタを調整するものでも良い。
また、レベル判定回路217は、例えばADCで構成され、図13の後段のBackend ADC52と同様に、エラー信号が積算される領域(時間)とエラー信号が積算されない領域(時間)とを区別する。
In FIG. 15, the gain of Gain-AMP 12 is adjusted. However, the gain is not limited to this. For example, the gain of AMP 221 of sample hold circuit 211 may be adjusted, or a capacitor included in sample hold circuit 211 may be used. It is also possible to adjust.
Further, the level determination circuit 217 is configured by, for example, an ADC, and distinguishes between a region (time) in which error signals are integrated and a region (time) in which error signals are not integrated, similarly to the back-end ADC 52 in FIG.

レベル判定回路217の判定結果から、入力信号Vinがエラー信号が積算されない領域(時間)に該当する場合はアキュームレータ21では積算しない。
このように、図15に示すキャリブレーション装置も、図13に示すキャリブレーション装置と同様に、レベル判定回路217を利用することでエラー信号が積算される領域(時間)と積算されない領域(時間)とを区別し、エラー信号が積算される領域のみアキュームレータ21で積算することで、キャリブレーション時間を短縮化することができる。
以上のように、サンプルホールド回路211に適用した場合であっても、動作環境や製造工程時のばらつきによらず精度の良いゲインが実現できる。
If the input signal Vin corresponds to a region (time) in which the error signal is not integrated from the determination result of the level determination circuit 217, the accumulator 21 does not integrate.
In this way, the calibration apparatus shown in FIG. 15 also uses the level determination circuit 217 and the area (time) where error signals are integrated and the area (time) where integration is not performed, similarly to the calibration apparatus shown in FIG. And the accumulator 21 accumulates only the area where the error signal is accumulated, so that the calibration time can be shortened.
As described above, even when applied to the sample-and-hold circuit 211, a high-accuracy gain can be realized regardless of variations in operating environment and manufacturing process.

<キャリブレーション方法の改良説明>
<全入力レンジ型のエラー挿入方法の改良点の検討>
本発明者は、上述のキャリブレーション方法について、さらに改良点について検討を行なった。
すなわち、前述の図7に示す、閾値変動方式によるキャリブレーション装置によるキャリブレーション方法は、図12(a)に示すように、全入力レンジでどの電圧で信号が入力した場合においてもエラーが積算されるように構成している。
ところで、図16は一般的なエラーがある場合の閾値変動方式によるキャリブレーション装置の伝達関数(入出力特性)を示した例であり、図中特性線L1はエラーがある場合の実際の伝達関数(入出力特性)を示す。なお特性線L2はエラーがない場合の伝達関数(入出力特性)である。また、実線はPN=1のときの伝達関数を表し、破線はPN=−1のときの伝達関数を表す。
<Improvement of calibration method>
<Examination of improved error insertion method for all input ranges>
The present inventor further studied improvements on the above-described calibration method.
That is, in the calibration method by the calibration apparatus using the threshold fluctuation method shown in FIG. 7 described above, as shown in FIG. 12A, errors are integrated regardless of the voltage input at any voltage in the entire input range. It is constituted so that.
FIG. 16 shows an example of the transfer function (input / output characteristics) of the calibration device using the threshold variation method when there is a general error, and the characteristic line L1 in the figure is the actual transfer function when there is an error. (Input / output characteristics). The characteristic line L2 is a transfer function (input / output characteristics) when there is no error. The solid line represents the transfer function when PN = 1, and the broken line represents the transfer function when PN = -1.

図16において、例えば入力信号が例3の時、取り出すエラー信号は図で示されるエラー(例3)に相当する電圧になる。また、入力信号が例4の時、取り出すエラー信号は図で示されるエラー(例4)に相当する電圧になる。すなわち、出力信号が同じ電圧の場所では入力信号に依らずエラー量は一定であることが分かる。一方で、アキュームレータ21で積算する信号は以下の式で表すことができる。
(積算するエラー量)=Σ[(エラー信号)/(入力信号)]
In FIG. 16, for example, when the input signal is Example 3, the error signal to be extracted is a voltage corresponding to the error (Example 3) shown in the figure. When the input signal is Example 4, the error signal to be extracted is a voltage corresponding to the error (Example 4) shown in the figure. That is, it can be seen that the error amount is constant regardless of the input signal when the output signal has the same voltage. On the other hand, the signal accumulated by the accumulator 21 can be expressed by the following equation.
(Error amount to be integrated) = Σ [(Error signal) / (Input signal)]

このことから全入力レンジでエラーを積算した場合、入力信号が大きい時は、エラー信号の大きさが、入力信号が小さい時と同じであるにもかかわらず、アキュームレータ21で積算できる信号は相対的に小さくなってしまう。アキュームレータ21で積算する信号が小さくなると、その分積算時間を長くしなければならなくなる。   For this reason, when errors are accumulated over the entire input range, when the input signal is large, the signal that can be accumulated by the accumulator 21 is relative even though the magnitude of the error signal is the same as when the input signal is small. Will become smaller. If the signal accumulated by the accumulator 21 becomes smaller, the accumulated time must be lengthened accordingly.

<キャリブレーション時間の短縮のためのキャリブレーション装置の回路構成/伝達関数構成図>
<閾値変動方式によるキャリブレーション方法の改良>
以上を鑑みて、さらに効率的なキャリブレーション方法を以下に説明する。
図17は、図7で説明したSADC回路102の閾値を変動させるキャリブレーション方法を用いて調整を行なう閾値変動方式によるキャリブレーション装置の一例を示す詳細な構成図であって、さらに効率的なキャリブレーションを実現するためのキャリブレーション装置の一例である。
<Circuit configuration / transfer function configuration diagram of calibration device for shortening calibration time>
<Improvement of calibration method by threshold fluctuation method>
In view of the above, a more efficient calibration method will be described below.
FIG. 17 is a detailed configuration diagram showing an example of a calibration apparatus using a threshold variation method that performs adjustment using the calibration method for varying the threshold of the SADC circuit 102 described in FIG. 2 is an example of a calibration device for realizing the calibration.

図17に示す、本発明における閾値変動方式によるキャリブレーション装置は、図7に示す一般的な閾値変動方式によるキャリブレーション装置と比較して、SADC回路102のADC102aの演算結果であるデジタル信号Digital1とランダム変数PNとを結合する結合器(Coupler)61と、結合器61の演算結果の値に応じて出力値を変化させるLookUpTable(以下、LUTという。)62と、加算器63と、を備える点が異なる。加算器63は、出力信号Vout、つまり、入力信号Vinが、ステージ部41およびBackend ADC42において処理された結果得られる、入力信号VinをA/D変換したデジタル信号である出力信号Voutとランダム変数PNとを乗算器35で乗算したエラー信号Verrに、LUT62の出力を加算する
なお、図17において、図7に示すキャリブレーション装置と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
The calibration device using the threshold variation method according to the present invention illustrated in FIG. 17 is compared with the digital signal Digital1 that is the calculation result of the ADC 102a of the SADC circuit 102, as compared with the calibration device using the general threshold variation method illustrated in FIG. A coupler 61 that couples the random variable PN, a LookUpTable (hereinafter referred to as LUT) 62 that changes an output value according to the value of the operation result of the coupler 61, and an adder 63. Is different. The adder 63 outputs the output signal Vout, that is, the output signal Vout, which is a digital signal obtained by A / D-converting the input signal Vin, obtained as a result of processing the input signal Vin in the stage unit 41 and the Backend ADC 42, and the random variable PN. The output of the LUT 62 is added to the error signal Verr multiplied by the multiplier 35. In FIG. 17, components having the same functions as those of the calibration apparatus shown in FIG. Is omitted.

図17に示すように、パイプライン型A/D変換器1は、StageI(例えばStage1(単位ブロック100(1)))を含むステージ部41と、StageI+1からStageN(例えばStage2からStageNまでの単位ブロック(100(2)〜100(N)))を含むBackend ADC42と、を備える。
ステージ部41は、MDAC110と、SADC回路102と、を含んで構成される。
As shown in FIG. 17, the pipeline type A / D converter 1 includes a stage unit 41 including Stage I (for example, Stage 1 (unit block 100 (1))), and unit blocks from Stage I + 1 to Stage N (for example, Stage 2 to Stage N). Backing ADC42 including (100 (2) to 100 (N))).
The stage unit 41 includes an MDAC 110 and a SADC circuit 102.

SADC回路102は、入力信号Vinが入力されるADC102aとDAC102bと、電圧Vcalとランダム変数PNとを乗算する乗算器102cと、ADC102aの出力と乗算器102cの出力とを加算する演算器102dと、を含んでいる。この乗算器102cと演算器102dとがランダム変動部に対応している。なお、MDAC110は、前述の図2に示すMDAC110と同一構成を有する。   The SADC circuit 102 includes an ADC 102a and a DAC 102b to which the input signal Vin is input, a multiplier 102c that multiplies the voltage Vcal and the random variable PN, an arithmetic unit 102d that adds the output of the ADC 102a and the output of the multiplier 102c, Is included. The multiplier 102c and the computing unit 102d correspond to a random variation unit. The MDAC 110 has the same configuration as the MDAC 110 shown in FIG.

また、入力信号Vinを、ステージ部41およびBackend ADC42で処理した結果得た、入力信号Vinのデジタル信号である出力信号Voutとランダム変数PNとを乗算器35で乗算し、エラー信号Verrを得る。
一方で、ADC102aの出力結果とランダム信号PNの結果とを結合器61で結合し、この値に応じて予め用意されたLUT(LookUpTable)62からデジタル値を出力する。この結果を加算器63において先に計算していたエラー信号Verrと加算しこの加算結果をアキュームレータ21で積算し、アップダウンカウンタ22では、積算値がゼロより小さいか、すなわち、1/f′が1/fより大きいとみなすことができるかに応じて指令信号をDAC23に出力し、DAC23では、アップダウンカウンタ22の指令信号に応じてGain−AMP12の電流源I1〜I3の電流値を調整する。アキュームレータ21は全ての入力範囲において積算するが、追加したLUT62で予め用意したLUT出力とエラー信号Verrとを加算して、エラー積算には不要な入力信号Vin相当分を差し引くことによって、より効率的な積算が可能となる。
Also, the output signal Vout, which is a digital signal of the input signal Vin, obtained as a result of processing the input signal Vin by the stage unit 41 and the Backing ADC 42 is multiplied by the random variable PN, and an error signal Verr is obtained.
On the other hand, the output result of the ADC 102a and the result of the random signal PN are combined by a combiner 61, and a digital value is output from a LUT (LookUpTable) 62 prepared in advance according to this value. This result is added to the error signal Verr previously calculated by the adder 63, and the addition result is integrated by the accumulator 21, and the up / down counter 22 determines whether the integrated value is smaller than zero, that is, 1 / f 'is A command signal is output to the DAC 23 according to whether it can be regarded as greater than 1 / f, and the DAC 23 adjusts the current values of the current sources I1 to I3 of the Gain-AMP 12 according to the command signal of the up / down counter 22. . The accumulator 21 integrates over the entire input range, but it is more efficient by adding the LUT output prepared in advance with the added LUT 62 and the error signal Verr, and subtracting the equivalent of the input signal Vin unnecessary for error integration. Integration is possible.

なお、図17において、Gain−AMP12のゲインを調整したが、これに限るものではなく、例えば、MDAC−AMP11のゲインを調整するものでも良い。
結合器61は、例えば、ADC102aから出力される所定ビット例えばxビットのデジタル信号(例えば、「0」を表す「010」)と、ランダム信号PNの値(つまり、1であるか−1であるか)を表すyビットのデジタル信号とから、ランダム信号PNを表すyビットのビット列を上位ビット、ADC102aから出力されるデジタル値を表すxビットのビット列を下位ビットとする、結合信号を生成する。例えばxビットのビット列が「010」であり、ランダム信号PN=1を表すビット列が「1」であるときには、結合信号は「1010」となり、ランダム信号PN=−1を表すビット列が「−1」であるときには、結合信号は「−1010」となる。
In FIG. 17, the gain of Gain-AMP 12 is adjusted. However, the present invention is not limited to this. For example, the gain of MDAC-AMP 11 may be adjusted.
The combiner 61 is, for example, a predetermined bit, for example, an x-bit digital signal (for example, “010” representing “0”) output from the ADC 102 a and the value of the random signal PN (that is, 1 or −1). And a y-bit digital signal representing the random signal PN as a high-order bit, and an x-bit bit string representing a digital value output from the ADC 102a as a low-order bit. For example, when the bit string of x bits is “010” and the bit string representing the random signal PN = 1 is “1”, the combined signal is “1010”, and the bit string representing the random signal PN = −1 is “−1”. The combined signal is “−1010”.

LUT62には、ADC102aから出力されるデジタル信号とランダム信号PNとに対応した、入力信号Vin相当のLUT出力値が、結合器61で生成される結合信号と対応付けて設定されている。LUT62は、結合器61から結合信号を入力とし、入力される結合信号に対応するLUT出力値として出力する。
例えばADC102aから出力されるxビットのビット列が「0」を表す「010」であり、yビットのビット列が、ランダム信号PN=1を表す「1」であり、結合信号が「1010」である場合には、LUT出力値は、後述の図18(a)に示すように、「0」を表すデジタル値となる。
In the LUT 62, an LUT output value corresponding to the input signal Vin corresponding to the digital signal output from the ADC 102a and the random signal PN is set in association with the combined signal generated by the combiner 61. The LUT 62 receives the combined signal from the combiner 61 and outputs it as an LUT output value corresponding to the input combined signal.
For example, when the x-bit bit string output from the ADC 102a is “010” representing “0”, the y-bit bit string is “1” representing the random signal PN = 1, and the combined signal is “1010” The LUT output value is a digital value representing “0” as shown in FIG.

また、例えば、ADC102aから出力されるデジタル値が「(3/4)Vr」を表すxビットのビット列であり、ランダム信号PNが、PN=−1を表すyビットのビット列である場合には、LUT出力値は、後述の図18(b)に示すように、「(−3/4)Vr」を表すデジタル値となる。
図18(a)、図18(b)は、図17に示すMDAC110が2.5bit構成の場合の、図17に示すランダム変数PNがPN=1とPN=−1の時のStage1の伝達関数とLUT62の出力結果(以下、LUT出力値ともいう。)を示す図である。なお、伝達関数を示す特性図において、横軸は入力、縦軸は出力を表す。また、横軸の下部において、「△」で指し示す値は、SADC回路102の閾値を表す。また、横軸の上部に示すSeg.0〜7は、Stage1に入力される入力信号が複数に分割されてなるSegmentを表す。
For example, when the digital value output from the ADC 102a is an x-bit bit string representing “(3/4) Vr” and the random signal PN is a y-bit bit string representing PN = −1, The LUT output value is a digital value representing “(−3/4) Vr” as shown in FIG.
18A and 18B show the transfer function of Stage 1 when the random variable PN shown in FIG. 17 is PN = 1 and PN = −1 when the MDAC 110 shown in FIG. 17 has a 2.5-bit configuration. And an output result of the LUT 62 (hereinafter also referred to as an LUT output value). In the characteristic diagram showing the transfer function, the horizontal axis represents input and the vertical axis represents output. In the lower part of the horizontal axis, the value indicated by “Δ” represents the threshold value of the SADC circuit 102. In addition, Seg. 0 to 7 represent Segments obtained by dividing the input signal input to Stage1 into a plurality of parts.

LUT出力値はランダム変数PNの符号と図17に示すSADC回路102に含まれるADCの演算結果とによって変動する。
結合信号に対応したLUT出力値の決め方は、次のとおりである。
ランダム変数PNがPN=1、PN=−1であるときの伝達関数それぞれにおいて入力信号Vinが0となるSegmentを基準として0を出力し、入力信号Vinが0から大きくなるに従ってSegment毎に1/(2)ずつ大きくなる値を減算する。なお、nはStage1のステージゲインである。図18の例ではMDAC110が2.5bitであるのでn=2である。逆に入力信号Vinが0から小さくなるときには、入力信号Vinが0となるSegmentを基準として、入力信号が0から小さくなるに従ってSegment毎に1/(2)ずつ大きくなる値を加算する。
The LUT output value varies depending on the sign of the random variable PN and the calculation result of the ADC included in the SADC circuit 102 shown in FIG.
The method of determining the LUT output value corresponding to the combined signal is as follows.
0 is output on the basis of a segment where the input signal Vin is 0 in each of the transfer functions when the random variable PN is PN = 1 and PN = −1, and 1 / segment for each segment as the input signal Vin increases from 0. The value that increases by (2 n ) is subtracted. Note that n is the stage 1 stage gain. In the example of FIG. 18, since MDAC 110 is 2.5 bits, n = 2. Conversely, when the input signal Vin decreases from 0, a value that increases by 1 / (2 n ) is added to each Segment as the input signal decreases from 0 with respect to the Segment at which the input signal Vin becomes 0.

次に、図18(a)に示す、入力信号が例5(=0)である場合と例6(=(+3/4)Vr)である場合とを用いて、加算器63で加算した出力、すなわち図17におけるアキュームレータ21の入力信号について説明する。
例えば図7に示す従来の閾値変動方式のキャリブレーション方法では、入力信号が例5である場合、入力信号(=0)に対してエラー信号を積算し、同様に、入力信号が例4の場合、入力信号(=(+3/4)Vr)に対してエラー信号を積算しており、結果として同じ大きさのエラー信号を積算することになるが、例4の場合は入力信号が(+3/4)Vrと大きいため相対的な積算量は以下の式に従って減少していた。
(積算するエラー量)=Σ[(エラー信号)/(入力信号)]
Next, the output added by the adder 63 using the case where the input signal is Example 5 (= 0) and the case where Example 6 (= (+ 3/4) Vr) is shown in FIG. That is, the input signal of the accumulator 21 in FIG. 17 will be described.
For example, in the conventional threshold value variation calibration method shown in FIG. 7, when the input signal is Example 5, the error signal is integrated with respect to the input signal (= 0). Similarly, when the input signal is Example 4 , Error signals are integrated with respect to the input signal (= (+ 3/4) Vr), and as a result, error signals of the same magnitude are integrated. In the case of Example 4, the input signal is (+ 3 / 4) Since it is as large as Vr, the relative integrated amount decreased according to the following formula.
(Error amount to be integrated) = Σ [(Error signal) / (Input signal)]

しかし、図17に示す本発明における閾値変動方式のキャリブレーション方法では、出力信号Voutに、LUT62のLUT出力値を加算器63で加算することによって、前以ってSPM部12を有するStageへの入力信号、つまり図17の場合にはStage1への入力信号(=Vin)に近い値を、乗算器35から出力されるエラー信号Verrから減算している。すなわち、図18において入力信号が例5である場合は「0」を減算し、入力信号が例4である場合は「(+3/4)Vr」を減算する。そのため、アキュームレータ21で積算する信号は例3と例4とで同じ量の「エラー信号」と、例3と例4とで同じ量の「入力信号−LUT出力値」との和となり、結果として、例3と例4とで同じ量のエラー信号を積算することになる。つまり、積算するエラー量は以下の式に従って表すことができる。
(積算するエラー量)=Σ[(エラー信号)/(入力信号-LUT出力値)]
However, in the calibration method of the threshold value fluctuation method in the present invention shown in FIG. 17, the adder 63 adds the LUT output value of the LUT 62 to the output signal Vout, so that the stage to the Stage having the SPM unit 12 in advance is added. A value close to the input signal, that is, the input signal (= Vin) to Stage 1 in the case of FIG. 17 is subtracted from the error signal Verr output from the multiplier 35. That is, in FIG. 18, when the input signal is Example 5, “0” is subtracted, and when the input signal is Example 4, “(+3/4) Vr” is subtracted. Therefore, the signal accumulated by the accumulator 21 is the sum of the same amount of “error signal” in Example 3 and Example 4 and the same amount of “input signal-LUT output value” in Example 3 and Example 4. As a result, In Example 3 and Example 4, the same amount of error signal is integrated. That is, the error amount to be integrated can be expressed according to the following equation.
(Error amount to be integrated) = Σ [(Error signal) / (Input signal−LUT output value)]

PN信号が「−1」である場合の伝達関数を示した図18(b)においても、同様に説明することが可能である。
このことから全入力レンジでエラーを積算した場合、Stage1への入力信号Vinが大きい時においても、乗算器35で演算されるエラー信号Verrから、値の大きい入力信号Vin相当の大きさのLUT出力値分だけ予め差し引き、アキュームレータ21では、LUT出力値を差し引いた後のエラー信号Verr′を積算しているため、アキュームレータ21で積算できるエラー信号が相対的に小さくなることを回避することが可能になる。これにより、積算したいエラー信号の相対比率を高めることが可能となり、その分積算時間を短縮することができる。
The same explanation can be made in FIG. 18B showing the transfer function when the PN signal is “−1”.
Therefore, when errors are integrated over the entire input range, even when the input signal Vin to Stage1 is large, the LUT output having a magnitude equivalent to the input signal Vin having a large value is obtained from the error signal Verr calculated by the multiplier 35. The accumulator 21 accumulates the error signal Verr 'after the LUT output value is subtracted, so that the error signal that can be accumulated by the accumulator 21 can be avoided from becoming relatively small. Become. As a result, the relative ratio of error signals to be integrated can be increased, and the integration time can be shortened accordingly.

なお、図17では、図18(a)、図18(b)に示すように、ランダム変数PNにより、入力信号Vinが分割されてなるSegmentの範囲が異なり、且つSegment毎にLUT出力値が異なることから、結合器61で、ランダム変数PNとStage1のADC102aから出力されるデジタル信号とを合成した結合信号を生成し、この結合信号に基づきLUT62からLUT出力値を得るようにしているが、これに限るものではない。例えばランダム変数PNが+1の場合と−1の場合とで個別にルックアップテーブルを設け、ランダム変数PNの値に応じて参照するルックアップテーブルを切り替えることで、ランダム変数PNとStage1のADC102aから出力されるデジタル信号とに応じたLUT出力値を得るようにしてもよく、要は、Stage1のADC102aから出力されるデジタル信号と、ランダム変数PNとに応じた、LUT出力値を得ることができればよい。   In FIG. 17, as shown in FIGS. 18 (a) and 18 (b), the range of the Segment obtained by dividing the input signal Vin is different depending on the random variable PN, and the LUT output value is different for each Segment. Therefore, the combiner 61 generates a combined signal obtained by synthesizing the random variable PN and the digital signal output from the ADC 102a of Stage 1, and obtains the LUT output value from the LUT 62 based on this combined signal. It is not limited to. For example, when the random variable PN is +1 and when the random variable PN is −1, a lookup table is provided individually, and the lookup table to be referred to is switched according to the value of the random variable PN, thereby outputting from the random variable PN and the ADC 102a of Stage1. The LUT output value corresponding to the digital signal to be output may be obtained. In short, the LUT output value corresponding to the digital signal output from the ADC 102a of Stage 1 and the random variable PN may be obtained. .

なお、上記の説明は図17に示すMDAC110が2.5bit構成の場合においてなしたものであるが、その限りではなく、1.5bitや3.5bit等の多bit構成においても同様の結果を得ることが可能である。
また、Stage1の出力結果を用いてLUT出力値を決めているが、この限りでもなく、さらにStage2、3、…のBackendADCの出力値を用いてLUT出力値を変えることで、さらに入力信号に近い値を差し引くことが可能となり、積算するエラー量の相対比率をさらに高めることも可能である。
The above explanation is made when the MDAC 110 shown in FIG. 17 has a 2.5-bit configuration. It is possible.
In addition, the LUT output value is determined using the output result of Stage 1, but this is not limited to this, and by changing the LUT output value using the Back ADC output values of Stage 2, 3,..., It is closer to the input signal. The value can be subtracted, and the relative ratio of the error amount to be integrated can be further increased.

つまり、LUT出力値を、Stage1の出力値相当の大きさだけでなく、Stage2の出力、Stage3の出力、などBackendADC42に含まれる各Stageそれぞれの出力に基づき、これら各Stageの出力の和相当の大きさのLUT出力値を設定し、LUT出力値を乗算器35からのエラー信号Verrを加算器63で差し引けば、Stage1への入力信号Vinにより近似した値を差し引くことができる。そのため、アキュームレータ21において積算するエラー量の相対比率を高めることができる。   That is, the LUT output value is not only the magnitude corresponding to the output value of Stage1, but also the magnitude equivalent to the sum of the outputs of these Stages, based on the output of each Stage included in the Backend ADC 42, such as the output of Stage2 and the output of Stage3. If the LUT output value is set and the error signal Verr from the multiplier 35 is subtracted by the adder 63, the value approximated by the input signal Vin to Stage1 can be subtracted. Therefore, the relative ratio of the error amount accumulated in the accumulator 21 can be increased.

<ランダム信号加算方式のキャリブレーション方法の改良>
<ランダム信号加算方式によるキャリブレーション装置のより詳細な構成(改良)>
図19は、図5で説明した入力信号にランダム信号を加算する、ランダム信号加算方式によるキャリブレーション装置のより詳細な構成の一例を示す概念図であって、上記と同様に、さらに効率的なキャリブレーションを実現するためのキャリブレーション装置の一例である。
<Improvement of calibration method of random signal addition method>
<Detailed configuration (improvement) of calibration device using random signal addition method>
FIG. 19 is a conceptual diagram illustrating an example of a more detailed configuration of a calibration apparatus using a random signal addition method that adds a random signal to the input signal described in FIG. 5, and is more efficient as described above. It is an example of the calibration apparatus for implement | achieving calibration.

図19に示す、本発明におけるランダム信号加算方式によるキャリブレーション装置は、図13に示す一般的なランダム信号加算方式によるキャリブレーション装置と比較して、SADC回路102´のADC102aの演算結果であるデジタル信号Digital1とランダム変数PNとを結合する結合器(Coupler)61と、結合器61の演算結果の値に応じて出力値を変化させるLUT(LookUpTable)62と、加算器63と、を備える点が異なる。加算器63は、入力信号Vinにランダム信号を加算した信号をステージ部51およびBackend ADC52において処理した結果得られるデジタル信号Vout(ADC)に、ランダム変数「−PN」×Vcalを加算器34で加算して得られる、入力信号VinをA/D変換したデジタル信号である出力信号Voutに、ランダム変数PNを乗算器35で乗算したエラー信号Verrと、LUT62の出力結果とを加算する。   The calibration device using the random signal addition method shown in FIG. 19 according to the present invention is digital compared to the calibration device using the general random signal addition method shown in FIG. 13, which is the calculation result of the ADC 102a of the SADC circuit 102 ′. A coupler 61 that combines the signal Digital1 and the random variable PN, a LUT (LookUpTable) 62 that changes an output value according to the value of the operation result of the coupler 61, and an adder 63. Different. The adder 63 adds the random variable “−PN” × Vcal to the digital signal Vout (ADC) obtained as a result of processing the signal obtained by adding the random signal to the input signal Vin in the stage unit 51 and the Backend ADC 52 by the adder 34. The error signal Verr obtained by multiplying the random variable PN by the multiplier 35 and the output result of the LUT 62 are added to the output signal Vout which is a digital signal obtained by performing A / D conversion on the input signal Vin.

これら結合器61、LUT62および加算器63は、図17に示す結合器61、LUT62および加算器63と同等の機能構成を有する。
なお、図19において、図13に示すキャリブレーション装置と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
The coupler 61, LUT 62, and adder 63 have the same functional configuration as the coupler 61, LUT 62, and adder 63 shown in FIG.
In FIG. 19, components having the same functions as those of the calibration apparatus shown in FIG. 13 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図19に示すように、パイプライン型A/D変換器1は、StageI(例えばStage1(単位ブロック100(1)))を含むステージ部51と、StageI+1からStageN(例えばStage2からStageNまでの単位ブロック(100(2)〜100(N)))を含むBackend ADC52と、を備える。   As shown in FIG. 19, the pipeline type A / D converter 1 includes a stage unit 51 including Stage I (for example, Stage 1 (unit block 100 (1))), and unit blocks from Stage I + 1 to Stage N (for example, Stage 2 to Stage N). Backend ADC 52 including (100 (2) to 100 (N))).

ステージ部51は、MDAC110と、SADC回路102′と、を含むとともに、電圧Vcalとランダム変数PNとを乗算する乗算器31と、乗算器31の乗算結果を、入力信号Vinに加算するための加算器32としての容量と、を含んで構成される。これにより、図19に示すキャリブレーション装置は、入力信号Vinの振幅を変動させてキャリブレーションを行なう。なお、加算器32と加算器34とがランダム変動部に対応している。   The stage unit 51 includes an MDAC 110 and a SADC circuit 102 ′, a multiplier 31 that multiplies the voltage Vcal and the random variable PN, and an addition for adding the multiplication result of the multiplier 31 to the input signal Vin. And the capacity of the container 32. Accordingly, the calibration apparatus shown in FIG. 19 performs calibration by changing the amplitude of the input signal Vin. Note that the adder 32 and the adder 34 correspond to a random variation unit.

SADC回路102′は、入力信号Vinが入力されるADC102aとDAC102bとを含む。
なお、MDAC110は、前述の図2に示すMDAC110と同一構成を有する。
また、電圧Vcalとランダム変数「−PN」とを乗算する乗算器33での演算結果に、入力信号Vinにランダム信号を加算した信号がステージ部51およびBackend ADC52により処理された結果得られる出力Vout(ADC)を加算器34により加算して、入力信号VinをA/D変換した出力信号Voutを得る。そして、この出力信号Voutとランダム変数PNとを乗算器35で乗算し、この演算結果をエラー信号Verrとして、このエラー信号VerrとLUT(LookUpTable)62からのデジタル値からなる出力結果とを加算器63において加算し、この加算結果Verr′をアキュームレータ21で積算する。アップダウンカウンタ22では、アキュームレータ21での積算値がゼロより小さいか、すなわち、1/f′が1/fより大きいとみなすことができるかに応じて指令信号をDAC23に出力し、DAC23では、アップダウンカウンタ22の指令信号に応じてGain−AMP12の電流源I1〜I3の電流値を調整する。
The SADC circuit 102 ′ includes an ADC 102a and a DAC 102b to which the input signal Vin is input.
The MDAC 110 has the same configuration as the MDAC 110 shown in FIG.
Further, an output Vout obtained as a result of processing a signal obtained by adding a random signal to the input signal Vin to the calculation result of the multiplier 33 that multiplies the voltage Vcal and the random variable “−PN” by the stage unit 51 and the Backend ADC 52. (ADC) is added by the adder 34 to obtain an output signal Vout obtained by A / D converting the input signal Vin. Then, the output signal Vout and the random variable PN are multiplied by the multiplier 35, and the calculation result is used as an error signal Verr. The error signal Verr and an output result including a digital value from the LUT (LookUpTable) 62 are added. In 63, the addition result Verr 'is accumulated by the accumulator 21. The up / down counter 22 outputs a command signal to the DAC 23 according to whether the integrated value in the accumulator 21 is smaller than zero, that is, 1 / f ′ can be regarded as larger than 1 / f. The current values of the current sources I1 to I3 of the Gain-AMP 12 are adjusted according to the command signal of the up / down counter 22.

この場合もアキュームレータ21で積算できるエラー信号が相対的に小さくなることを避けることが可能になるため、積算したいエラー信号の相対比率を高めることが可能となり、その分積算時間を短縮することができる。
なお、図19では、加算器32としての容量にVcal×PNの電圧をチャージすることにより、アナログ部での加算を実現しているが、これに限るものではなく、容量に替えて加算器を用いても良い。
Also in this case, it is possible to avoid that the error signal that can be integrated by the accumulator 21 is relatively small, so that it is possible to increase the relative ratio of the error signal that is desired to be integrated, and the integration time can be shortened accordingly. .
In FIG. 19, addition in the analog unit is realized by charging the capacitor as the adder 32 with a voltage of Vcal × PN. However, the present invention is not limited to this, and the adder is replaced with a capacitor. It may be used.

また、電圧Vcalの代わりに、SADC回路102に含まれるADCのコンパレータで用いる基準電圧Vrを用い、入力信号Vinの入力端につながる容量(CAP)CsIとの比で実現することもできる。たとえばVcal=(1/4)・Vrのとき、図19中の電圧Vcalを(1/4)・Vrにする代わりに、VcalをVrにし、CAP比を1:4にして実現してもよい。   Further, instead of the voltage Vcal, the reference voltage Vr used in the comparator of the ADC included in the SADC circuit 102 can be used, and it can be realized by a ratio with the capacitance (CAP) CsI connected to the input terminal of the input signal Vin. For example, when Vcal = (1/4) · Vr, instead of setting the voltage Vcal in FIG. 19 to (1/4) · Vr, Vcal may be set to Vr and the CAP ratio may be set to 1: 4. .

なお、図19において、Gain−AMP12のゲインを調整したが、これに限るものではなく、例えば、MDAC−AMP11のゲインを調整するものでも良い。
図19に示すランダム信号加算方式によるキャリブレーション装置においても、図17に示す構成を有する図7に示す閾値変動方式によるキャリブレーション装置と同様に、後段のBackend ADC52を利用することでエラー信号を積算している領域(時間)とエラー信号を積算していない領域(時間)とを区別し、エラー信号を積算している領域のみアキュームレータ21で積算することで、キャリブレーション時間を短縮化することができる。
In FIG. 19, the gain of Gain-AMP 12 is adjusted. However, the present invention is not limited to this. For example, the gain of MDAC-AMP 11 may be adjusted.
In the calibration apparatus using the random signal addition method shown in FIG. 19, the error signal is integrated by using the back-end ADC 52, as in the calibration apparatus using the threshold value fluctuation method shown in FIG. 7 having the configuration shown in FIG. It is possible to shorten the calibration time by distinguishing the area (time) in which the error signal is not accumulated and the area (time) in which the error signal is not accumulated, and accumulating only the area where the error signal is accumulated. it can.

以上のように、本発明によれば、サミングポイントPsumの電圧を取り出す回路を単純な構成のGain−AMP12で実現しても、動作環境や製造工程時のばらつきによらず精度の良いゲインが実現できるとともに、アキュームレータ21で積算できるエラー信号が相対的に小さくなることを避けることにより積算時間を短縮することができ、より短時間で、Gain−AMP12のゲイン調整を行なうことができ、精度のよいパイプライン型A/D変換器1を実現することができる。   As described above, according to the present invention, even when the circuit for extracting the voltage at the summing point Psum is realized by the gain-AMP 12 having a simple configuration, a high-accuracy gain is realized regardless of variations in the operating environment and the manufacturing process. In addition, the integration time can be shortened by avoiding the error signal that can be integrated by the accumulator 21 from becoming relatively small, the gain adjustment of the Gain-AMP 12 can be performed in a shorter time, and the accuracy is high. A pipeline type A / D converter 1 can be realized.

なお、図17および図19のキャリブレーション装置では、ADC102aの出力をもとに、LUT62の出力結果を得るようにした場合について説明したが、図15で説明したレベル判定回路217を別途設け、ADC102aの代わりにレベル判定回路217の出力を用いて、レベル判定回路217の出力とランダム変数PNとに対応したLUT62の出力結果を得るようにしてもよい。   17 and 19, the case where the output result of the LUT 62 is obtained based on the output of the ADC 102a has been described. However, the level determination circuit 217 described with reference to FIG. Instead of this, the output of the LUT 62 corresponding to the output of the level determination circuit 217 and the random variable PN may be obtained by using the output of the level determination circuit 217.

また、上記実施形態では、本発明によるサンプルホールド回路のキャリブレーション方法を、パイプライン型A/D変換器に適用した場合について説明したが、これに限るものではなく、例えば、A/D変換器のサンプルホールド回路やΔΣA/D変換器などであっても適用することができる。
例えば図15に示す、A/D変換器のサンプルホールド回路において、キャリブレーションを行なう場合には、レベル判定回路217の出力を、ADC102aの出力として利用し、結合器61およびLUT62により、レベル判定回路217の出力とランダム変数PNとに対応したLUT62の出力結果を得るようにすればよい。
In the above embodiment, the case where the sample-and-hold circuit calibration method according to the present invention is applied to a pipeline type A / D converter has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, the A / D converter Even a sample hold circuit or a ΔΣ A / D converter can be applied.
For example, in the sample hold circuit of the A / D converter shown in FIG. 15, when calibration is performed, the output of the level determination circuit 217 is used as the output of the ADC 102 a, and the level determination circuit is connected by the coupler 61 and the LUT 62. An output result of the LUT 62 corresponding to the output of 217 and the random variable PN may be obtained.

また、本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらすすべての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、請求項により画される発明の特徴の組み合わせに限定されるものではなく、すべての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。   In addition, the scope of the present invention is not limited to the illustrated and described exemplary embodiments, and includes all embodiments that provide the same effects as those intended by the present invention. Furthermore, the scope of the invention is not limited to the combinations of features of the invention defined by the claims, but can be defined by any desired combination of particular features among all the disclosed features.

1 パイプライン型A/D変換器
11 MDAC−AMP
12 Gain−AMP
21 アキュームレータ(accumulator)
22 アップダウンカウンタ(up/dn counter)
23 DAC(DAコンバータ)
31、33、35 乗算器
32、34 加算器
61 結合器
62 LUT(LookUpTable)
63 加算器
102、102′ SADC(サブADコンバータ)回路
102a ADC
110 MDAC(乗算型デジタルアナログコンバータ)
171〜177 コンパレータ
211 サンプルホールド回路
212 A/D変換器
Mx1、Mx2、My1、My2 MOSトランジスタ
I1、I2、I3 電流源
1 Pipeline A / D Converter 11 MDAC-AMP
12 Gain-AMP
21 accumulator
22 Up / Down Counter (up / dn counter)
23 DAC (DA converter)
31, 33, 35 Multiplier 32, 34 Adder 61 Combiner 62 LUT (LookUpTable)
63 Adder 102, 102 ′ SADC (Sub AD Converter) Circuit 102a ADC
110 MDAC (Multiplication type digital analog converter)
171 to 177 Comparator 211 Sample hold circuit 212 A / D converter Mx1, Mx2, My1, My2 MOS transistors I1, I2, I3 Current source

Claims (13)

変換対象のアナログ信号の振幅をランダム変数で変動させ、変動させた前記変換対象のアナログ信号をサンプルホールド回路によりデジタル信号に変換し、
変換後のデジタル信号に前記ランダム変数を乗算し、
前記変換対象のアナログ信号を前記サンプルホールド回路とは別系統でA/D変換したA/D変換後のデジタル信号と前記ランダム変数とに基づき、前記A/D変換後のデジタル信号の大きさと前記ランダム変数の値とに応じたデジタル信号を生成し、
当該生成したデジタル信号に、前記サンプルホールド回路による変換後のデジタル信号と前記ランダム変数との乗算信号を加算し、
当該加算結果を積算しこの積算結果を、前記変換対象のアナログ信号を前記サンプルホールド回路によりデジタル信号に変換する際のエラー信号とする
ことを特徴とするサンプルホールド回路のキャリブレーション方法。
The amplitude of the analog signal to be converted is changed by a random variable, the changed analog signal to be converted is converted into a digital signal by a sample and hold circuit,
Multiply the converted digital signal by the random variable,
Based on the A / D converted digital signal obtained by A / D converting the analog signal to be converted in a system different from the sample hold circuit and the random variable, the magnitude of the A / D converted digital signal and the Generate a digital signal according to the value of the random variable,
To the generated digital signal, add the multiplication signal of the digital signal after the conversion by the sample and hold circuit and the random variable,
A calibration method for a sample and hold circuit, wherein the addition results are integrated and the integration result is used as an error signal when the analog signal to be converted is converted into a digital signal by the sample and hold circuit.
前記サンプルホールド回路はアンプを有し、
当該アンプのゲインを、前記エラー信号に基づき調整することを特徴とする請求項1に記載のサンプルホールド回路のキャリブレーション方法。
The sample and hold circuit has an amplifier,
2. The calibration method for a sample and hold circuit according to claim 1, wherein the gain of the amplifier is adjusted based on the error signal.
前記アンプはゲインアンプであることを特徴とする請求項2に記載のサンプルホールド回路のキャリブレーション方法。   The sample-and-hold circuit calibration method according to claim 2, wherein the amplifier is a gain amplifier. 前記サンプルホールド回路は、アンプを有する乗算型デジタルアナログコンバータを含み、
前記乗算型デジタルアナログコンバータに含まれるアンプのゲインを、前記エラー信号に基づき調整することを特徴とする請求項3に記載のサンプルホールド回路のキャリブレーション方法。
The sample and hold circuit includes a multiplying digital-to-analog converter having an amplifier,
4. The sample-and-hold circuit calibration method according to claim 3, wherein a gain of an amplifier included in the multiplying digital-analog converter is adjusted based on the error signal.
前記サンプルホールド回路に含まれるアンプのうちのメインアンプのゲインを、前記エラー信号に基づき調整することを特徴とする請求項3に記載のサンプルホールド回路のキャリブレーション方法。   4. The method of calibrating a sample and hold circuit according to claim 3, wherein a gain of a main amplifier among amplifiers included in the sample and hold circuit is adjusted based on the error signal. 変換対象のアナログ信号の振幅をランダム変数で変動させるランダム変動部と、
前記ランダム変動部により振幅が変動された前記変換対象のアナログ信号をサンプルホールド回路でデジタル信号に変換した変換結果に前記ランダム変数を乗算する乗算部と、
前記変換対象のアナログ信号を前記サンプルホールド回路とは別系統でA/D変換したA/D変換後のデジタル信号と前記ランダム変数とをもとに、前記A/D変換後のデジタル信号の大きさと前記ランダム変数の値とを表すデジタル信号からなる結合信号を生成する結合部と、
前記結合部で生成した前記結合信号に対応したデジタル信号を生成するルックアップテーブルと、
前記乗算部での乗算結果と前記ルックアップテーブルでの前記デジタル信号の生成結果とを加算する加算部と、
前記加算部での加算結果を積算する積算部と、
を備えることを特徴とするキャリブレーション装置。
A random variation section that varies the amplitude of the analog signal to be converted by a random variable;
A multiplying unit that multiplies the random variable by a conversion result obtained by converting the analog signal to be converted whose amplitude has been changed by the random changing unit into a digital signal by a sample and hold circuit;
The magnitude of the digital signal after the A / D conversion based on the digital signal after the A / D conversion in which the analog signal to be converted is A / D converted by a system different from the sample hold circuit and the random variable. And a combining unit that generates a combined signal composed of digital signals representing the values of the random variables,
A lookup table for generating a digital signal corresponding to the combined signal generated by the combining unit;
An addition unit for adding the multiplication result in the multiplication unit and the generation result of the digital signal in the lookup table;
An integration unit for integrating the addition results in the addition unit;
A calibration apparatus comprising:
前記サンプルホールド回路は前記変換対象のアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換回路を備え、
前記結合部は、前記サンプルホールド回路のA/D変換回路で変換したデジタル信号と前記ランダム変数とをもとに前記結合信号を生成することを特徴とする請求項6記載のキャリブレーション装置。
The sample hold circuit includes an A / D conversion circuit that converts the analog signal to be converted into a digital signal,
7. The calibration apparatus according to claim 6, wherein the combining unit generates the combined signal based on the digital signal converted by the A / D conversion circuit of the sample and hold circuit and the random variable.
前記サンプルホールド回路とは別に前記変換対象のアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換回路を有し、
前記結合部は、前記A/D変換回路で変換したデジタル信号と前記ランダム信号とをもとに前記結合信号を生成することを特徴とする請求項6記載のキャリブレーション装置。
A / D conversion circuit that converts the analog signal to be converted into a digital signal separately from the sample and hold circuit,
The calibration device according to claim 6, wherein the combining unit generates the combined signal based on the digital signal converted by the A / D conversion circuit and the random signal.
前記サンプルホールド回路はアンプを有し、
前記積算部の積算結果を前記サンプルホールド回路でのエラー信号として、前記アンプのゲインを前記積算結果に基づき調整する調整部
を備えることを特徴とする請求項6から請求項8のいずれか1項に記載のキャリブレーション装置。
The sample and hold circuit has an amplifier,
The adjustment part which adjusts the gain of the said amplifier based on the said integration result by making the integration result of the said integration part into an error signal in the said sample-and-hold circuit, The any one of Claim 6-8 characterized by the above-mentioned. The calibration device described in 1.
前記アンプは、ゲインアンプであることを特徴とする請求項9記載のキャリブレーション装置。   The calibration apparatus according to claim 9, wherein the amplifier is a gain amplifier. 前記サンプルホールド回路は、アンプを有する乗算型デジタルアナログコンバータを含み、
前記調整部は、前記乗算型デジタルアナログコンバータに含まれるアンプのゲインを、前記エラー信号に基づき調整することを特徴とする請求項10に記載のキャリブレーション装置。
The sample and hold circuit includes a multiplying digital-to-analog converter having an amplifier,
The calibration device according to claim 10, wherein the adjustment unit adjusts a gain of an amplifier included in the multiplying digital-analog converter based on the error signal.
前記調整部は、前記サンプルホールド回路に含まれるアンプのうちのメインアンプのゲインを、前記エラー信号に基づき調整することを特徴とする請求項10に記載のキャリブレーション装置。   The calibration device according to claim 10, wherein the adjustment unit adjusts a gain of a main amplifier among amplifiers included in the sample and hold circuit based on the error signal. 請求項6から請求項12のいずれか1項に記載のキャリブレーション装置を有することを特徴とするサンプルホールド回路。   A sample-and-hold circuit comprising the calibration device according to claim 6.
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