JP2015186111A - Analog/digital conversion apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アナログ‐デジタル変換装置に関する。 The present invention relates to an analog-digital conversion apparatus.
従来、アナログ‐デジタル変換装置において、アナログ‐デジタル変換装置の高速化及び省電力化を図るために種々の提案がなされている。例えば、アナログ入力の電圧をホールドコンデンサにホールドするためのアナログスイッチと、入力したデジタル信号に基づいて比較電圧を出力するデジタル‐アナログ変換部と、ホールドした電圧と比較電圧とを比較する比較器と、入力アナログ信号をサンプリングする直前に容量に蓄えられている電荷を初期化する初期化回路を備えた逐次比較型のアナログ‐デジタル変換装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, various proposals have been made for analog-to-digital conversion devices in order to increase the speed and power consumption of the analog-to-digital conversion device. For example, an analog switch for holding an analog input voltage in a hold capacitor, a digital-analog converter that outputs a comparison voltage based on an input digital signal, and a comparator that compares the held voltage with the comparison voltage There has been proposed a successive approximation type analog-to-digital converter provided with an initialization circuit that initializes charges stored in a capacitor immediately before sampling an input analog signal (see, for example, Patent Document 1).
しかし、従来のアナログ‐デジタル変換装置によれば、デジタル‐アナログ変換部が比較電圧を出力する際に、ホールドコンデンサから電荷がアナログスイッチに漏れてしまうことがある。そのため、ホールドコンデンサが保持した電圧が変化してアナログ‐デジタル変換装置が出力するデジタル信号の変換精度が低下するという問題があった。 However, according to the conventional analog-to-digital converter, when the digital-to-analog converter outputs the comparison voltage, the charge may leak from the hold capacitor to the analog switch. Therefore, there has been a problem that the conversion accuracy of the digital signal output from the analog-to-digital conversion device is lowered due to a change in the voltage held by the hold capacitor.
そのため、本発明の目的は、保持した電圧の変動を低減し、アナログ信号をデジタル信号に変換する変換精度を向上することができるアナログ‐デジタル変換装置を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide an analog-to-digital conversion device that can reduce fluctuations in the held voltage and improve the conversion accuracy for converting an analog signal into a digital signal.
本発明の一態様は、外部から入力したアナログ信号をデジタル信号に変換して出力する逐次比較型のアナログ‐デジタル変換装置において、前記デジタル信号の各ビットに対応する複数のコンデンサを有し、入力した基準電圧により前記コンデンサを充電して前記各ビットに対応する比較電圧を出力する電圧出力部と、前記アナログ信号に基づく電圧を保持するホールドコンデンサと、オン、オフ動作により前記ホールドコンデンサが保持する電圧を制御するスイッチとを有し、前記電圧出力部が出力した前記比較電圧と前記アナログ信号に基づく電圧とを比較して比較結果を出力する比較部と、前記コンデンサに接続し、前記コンデンサが入力する前記基準電圧の高周波成分を低減するフィルタ回路と、を備えるアナログ‐デジタル変換装置を提供する。 One aspect of the present invention is a successive approximation type analog-to-digital converter that converts an analog signal input from the outside into a digital signal and outputs the digital signal, and has a plurality of capacitors corresponding to each bit of the digital signal. A voltage output unit that charges the capacitor with the reference voltage and outputs a comparison voltage corresponding to each bit; a hold capacitor that holds a voltage based on the analog signal; and the hold capacitor that holds the voltage by an on / off operation A switch for controlling the voltage, and comparing the comparison voltage output from the voltage output unit with a voltage based on the analog signal and outputting a comparison result; and a capacitor connected to the capacitor, An analog-to-digital converter comprising: a filter circuit that reduces a high-frequency component of the input reference voltage To provide.
本発明によれば、保持した電圧の変動を低減し、アナログ信号をデジタル信号に変換する変換精度を向上することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fluctuation | variation of the held voltage can be reduced and the conversion precision which converts an analog signal into a digital signal can be improved.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、各図中、実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付してその重複した説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, in each figure, about the component which has the substantially same function, the same code | symbol is attached | subjected and the duplicate description is abbreviate | omitted.
[実施の形態]
図1は、本発明の実施の形態に係る10bit構成のアナログ‐デジタル変換装置の回路の一例を示す図である。なお、図1において、512C、2C、1Cは、それぞれ512個、2個、1個の容量比で512・・・、2、1のコンデンサによりキャパシタアレイが構成されていることを示す。
[Embodiment]
FIG. 1 is a diagram showing an example of a circuit of an analog-digital conversion device having a 10-bit configuration according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, 512C, 2C, and 1C indicate that a capacitor array is composed of 512, 2, and 1 capacitors with a capacitance ratio of 512, 2, and 1, respectively.
このアナログ‐デジタル変換装置1は、図示しない外部装置等からアナログ信号Saを入力し、入力したアナログ信号Saをデジタル信号Sdに変換して出力する逐次比較型のアナログ‐デジタル変換装置である。なお、図示しない外部装置は、物理量をアナログ信号に変換して出力するマイクや温度計等の検出装置やセンサ等である。
The analog -
アナログ‐デジタル変換装置1は、基準電圧Vrefにより充電されてデジタル信号Sdの各ビットに対応する比較電圧Vcmpを出力するとともに、アナログ信号Saに基づく出力電圧Voutを出力する複数のコンデンサ11を有するアナログ‐デジタル変換部10と、アナログ‐デジタル変換部10が出力した比較電圧Vcmpと出力電圧Voutとを比較する比較部20と、基準電圧Vrefを出力するとともに、アナログ‐デジタル変換部10及び比較部20等を制御する制御部30とを備える。なお、アナログ‐デジタル変換部10は、電圧出力部の一例である。
The analog-
(アナログ‐デジタル変換部)
アナログ‐デジタル変換部10には、例えば、アナログ‐デジタル変換部10の解像度が10bitの場合、最上位ビットであるbit[9]から順に、図示を省略したコンデンサを含めて、最上位ビットから512、256、128、64、32、16、8、4、2、1の容量比となるように、512C、256C、128C、64C、32C、16C、8C、4C、2C、1Cの合計1024個の複数のコンデンサ11が形成されている。
(Analog-to-digital converter)
For example, when the resolution of the analog-to-digital conversion unit 10 is 10 bits, the analog-to-digital conversion unit 10 starts from bit [9], which is the most significant bit, and includes a capacitor (not shown) from the most significant bit. 256, 128, 64, 32, 16, 8, 4, 2, 1, so that the capacity ratio is 512C, 256C, 128C, 64C, 32C, 16C, 8C, 4C, 2C, 1C, a total of 1024 A plurality of
アナログ‐デジタル変換部10には、さらに、デジタル信号Sdのbit[9]〜[0]に対応して設けられる複数(本実施の形態では、図示を省略したものを含めて10個)のスイッチ12と、制御信号Sctrの高周波成分を低減するフィルタ回路13とを備える。また、各コンデンサ11には、制御部30から出力される切替信号Sch3に基づいて各コンデンサ11とグランドGNDとを接続し、各コンデンサ11に充電された電荷を放電するリセットスイッチ41が接続されている。
Analog - to Digital converter 10, furthermore, (in this embodiment, 10 including those not shown) multiple provided corresponding to the bit [9] ~ [0] of the digital signal S d of
スイッチ12及びリセットスイッチ41には、MOSFET(金属酸化膜絶縁ゲート電界効果トランジスタ)等で形成された半導体スイッチが用いられる。スイッチ12は、各ビットに対応するコンデンサ11に接続する接点12aと、制御部30から基準電圧Vrefを入力する接点12bと、アナログ信号Saを入力する接点12cとを有する。スイッチ12は、制御部30が送信する切替信号Sch2に基づいて接点12aと接点12bとの接続と、接点12aと接点12cとの接続とを切り替える。
As the
図2は、基準電圧Vref、出力電圧Voutの波形を示す図であり、(a)は、制御部30から出力された基準電圧Vrefの波形、(b)は、フィルタ回路を通過した基準電圧Vref´の波形、(c)は、アナログ‐デジタル変換部10から出力された出力電圧Voutの波形、(d)は、フィルタ回路を有していない比較例に係るアナログ‐デジタル変換部から出力された出力電圧Vout´の波形を示す。 FIG. 2 is a diagram illustrating waveforms of the reference voltage V ref and the output voltage V out , (a) is a waveform of the reference voltage V ref output from the control unit 30, and (b) is passed through the filter circuit. The waveform of the reference voltage V ref ′, (c) is the waveform of the output voltage V out output from the analog-digital conversion unit 10, and (d) is the analog-digital conversion according to the comparative example that does not have a filter circuit. The waveform of output voltage Vout 'output from the part is shown.
フィルタ回路13は、最上位ビットであるbit[9]に対応するスイッチ12の接点12bと制御部30との間に挿入される抵抗Rと、抵抗RとグランドGNDとの間に挿入されるコンデンサ131とを有する。
The filter circuit 13 includes a resistor R inserted between the
フィルタ回路13は、制御部30から図2(a)に示すような急峻な矩形波形を有する基準電圧Vrefを入力し、入力した基準電圧Vrefを図2(b)に示すように立ち上がり部及び立下り部を遅延させた基準電圧Vref´をbit[9]に対応するコンデンサ11に出力する。コンデンサ11は、図2(c)に示すように、スルーレートを低下させた例えば2.5Vの出力電圧Voutを出力する。このようにして、アナログ‐デジタル変換部10は、図2(d)に示す出力電圧Vout´に含まれるオーバーシュート成分、アンダーシュート成分等の高周波成分を低減した出力電圧Voutを出力する。
The filter circuit 13 receives a reference voltage V ref having a steep rectangular waveform as shown in FIG. 2A from the control unit 30, and the input reference voltage V ref rises as shown in FIG. 2B. The reference voltage V ref ′ with the falling edge delayed is output to the
(比較部)
比較部20は、アナログ‐デジタル変換部10がアナログ信号Saに応じて出力する出力電圧Voutに基づく電圧を保持するホールドコンデンサ21と、出力電圧Voutと比較電圧Vcmpの電位差に基づく比較結果Scmpを制御部30に出力するチョッパコンパレータ22とを備える。
(Comparison part)
Comparing
ホールドコンデンサ21は、アナログ‐デジタル変換部10と接続する入力端子21aと、チョッパコンパレータ22と接続する出力端子21bとを有し、後述するように、出力電圧Voutからインバータ221の閾値電圧Vthを減算した電圧(Vout−Vth)により充電され、この電圧(Vout−Vth)を保持する。そして、ホールドコンデンサ21は、保持した電圧(Vout−Vth)と比較電圧Vcmpの電位差によって、比較電圧VcmpがVoutよりも大きい場合に、閾値電圧Vthよりも大きな電圧Vhを出力し、比較電圧VcmpがVoutよりも小さい場合には、閾値電圧Vthよりも小さな電圧Vhを出力する。ホールドコンデンサ21には、例えば、フィルムコンデンサ、電解コンデンサ、セラミックコンデンサ等のコンデンサが用いられる。
The hold capacitor 21 has an
ホールドコンデンサ21の出力端子21b側には、出力端子21bとアナログ‐デジタル変換部10の間の接点とグランドGNDとを接続するリセットスイッチ42が設けられる。ホールドコンデンサ21の入力端子21a側には、入力端子21aとアナログ‐デジタル変換部10との間の接点とグランドGNDを接続するリセットスイッチ43が設けられている。リセットスイッチ42、43は、切替信号Sch3に基づいてホールドコンデンサ21とグランドGNDとを接続してホールドコンデンサ21が充電した電荷をグランドGNDに放電する。リセットスイッチ42、43には、スイッチ12等と同様に、半導体スイッチが用いられる。
On the output terminal 21b side of the hold capacitor 21, a
チョッパコンパレータ22は、比較電圧Vcmpと出力電圧Voutの電位差に基づく比較結果を出力するインバータ221と、半導体スイッチで形成され、オン、オフ動作によりホールドコンデンサ21が保持する電圧を制御するスイッチ222とを有する。なお、インバータ221は、インバータ回路の一例である。 The chopper comparator 22 is formed of an inverter 221 that outputs a comparison result based on a potential difference between the comparison voltage V cmp and the output voltage V out and a semiconductor switch, and a switch 222 that controls a voltage held by the hold capacitor 21 by an on / off operation. And have. The inverter 221 is an example of an inverter circuit.
インバータ221には、閾値電圧Vthが予め定められており、インバータ221は、ホールドコンデンサ21の出力端子21bに接続して電圧Vhを入力し、電圧Vhが閾値電圧Vthより大きい場合には、0(Lo)の比較結果Scmpを制御部30に出力し、電圧Vhが閾値電圧Vthよりも小さい場合には、1(Hi)の比較結果Scmpを制御部30に出力する。このインバータ221には、入力した信号のレベルを反転させて出力する半導体素子、又は半導体素子を用いた回路が用いられる。 The inverter 221, the threshold voltage V th and the predetermined inverter 221 receives the voltage V h connected to the output terminal 21b of the hold capacitor 21, when the voltage V h greater than the threshold voltage V th Outputs the comparison result S cmp of 0 (Lo) to the control unit 30 and outputs the comparison result S cmp of 1 (Hi) to the control unit 30 when the voltage V h is smaller than the threshold voltage V th. . As the inverter 221, a semiconductor element that inverts and outputs the level of an input signal or a circuit using the semiconductor element is used.
スイッチ222には、スイッチ等と同様にMOSFET等の半導体スイッチが用いられる。この半導体スイッチは、ゲート電極に印加された電圧に基づいてソース、ドレイン間を導通させる。スイッチ222は、制御部30からの切替信号Sch1に基づいてオン、オフ動作し、オン状態では、ホールドコンデンサ21を放電させて保持した電圧(Vout−Vth)を初期化し、オフ状態では、ホールドコンデンサ21を充電して電圧(Vout−Vth)を保持させる。 As the switch 222, a semiconductor switch such as a MOSFET is used similarly to the switch or the like. This semiconductor switch conducts between the source and the drain based on the voltage applied to the gate electrode. The switch 222 is turned on and off based on the switching signal Sch1 from the control unit 30. In the on state, the switch 222 initializes the voltage (V out −V th ) that is held by discharging the hold capacitor 21, and in the off state. Then, the hold capacitor 21 is charged to hold the voltage (V out −V th ).
(制御部)
制御部30は、例えばLSIやIC等のチップで構成され、図示しないCPU等から入力するクロック信号CLK及びリセット信号RST、比較部20から入力する比較結果Scmp等に基づいてアナログ‐デジタル変換部10、比較部20及びリセットスイッチ41、42、43を制御する。制御部30は、後述するように、比較部20からデジタル信号の各ビットの比較結果Scmpに基づいて出力電圧Voutの電圧値を量子化し、量子化した電圧値をデジタル信号Sdとして図示しないCPU等に出力する。
(Control part)
The control unit 30 is configured by a chip such as an LSI or an IC, for example, and is based on a clock signal CLK and a reset signal RST input from a CPU (not shown), a comparison result S cmp input from the
制御部30には、図示を省略しているが、各bit[9]〜[0]に対応するスイッチ12とそれぞれ接続する10本の信号線31を有し、比較部20から入力した比較結果Scmpに応じて信号線31に例えば、5Vの基準電圧Vrefを制御信号Sctrとして出力する。
Although not shown, the control unit 30 has ten signal lines 31 respectively connected to the
(アナログ‐デジタル変換装置の動作)
次に、アナログ‐デジタル変換装置1の動作について、図3を用いて説明する。図3は、アナログ‐デジタル変換装置1の動作を示すタイミングチャートである。なお、以下の説明において、制御信号Sctrについての16進数の表記は、10本の信号線31のうちのどのスイッチ12に対応する信号線31に基準電圧Vrefが出力されるかを意味し、例えば、bit[9]のみに基準電圧Vrefが出力される場合には、200(16進数)と表記する。
(Operation of analog-digital converter)
Next, the operation of the analog-
制御部30は、例えば2MHzのクロック信号CLKに同期して以下の処理を実行する。制御部30は、図示しないCPU等からリセット信号RSTを受信すると(A点)、リセットスイッチ41、42、43に切替信号Sch3を出力し、リセットスイッチ41、42、43をオンにした後にオフにする(B点)。これにより、制御部30は、アナログ‐デジタル変換部10の各コンデンサ11及びホールドコンデンサ21が充電した電荷をグランドGNDに放電させて、アナログ‐デジタル変換部10及びホールドコンデンサ21の初期化処理をする。
The control unit 30 executes the following processing in synchronization with the clock signal CLK of 2 MHz, for example. When receiving a reset signal RST from a CPU or the like (not shown) (point A), the control unit 30 outputs a switching signal Sch3 to the reset switches 41, 42, 43, and turns off after the reset switches 41, 42, 43 are turned on. (B point). As a result, the control unit 30 performs the initialization process of the analog-digital conversion unit 10 and the hold capacitor 21 by discharging the charges charged by the
制御部30は、初期化処理が完了すると、切替信号Sch2をオンにしてアナログ‐デジタル変換部10の各スイッチ12の接点12aと接点12cとを接続し、図示しない外部装置等から受信したアナログ信号Saをアナログ‐デジタル変換部10の各コンデンサ11に入力する(C点)。アナログ‐デジタル変換部10の各コンデンサ11は、入力したアナログ信号Saで充電され、充電した電荷に基づく出力電圧Voutをホールドコンデンサ21に出力する。
When the initialization process is completed, the control unit 30 turns on the switching signal Sch2 to connect the
制御部30は、比較部20のスイッチ222に切替信号Sch1を出力し、スイッチ222をオンにした後にオフにする(D点)。これにより、ホールドコンデンサ21は、スイッチ222がオフされたときの出力電圧Voutに基づく電圧(Vout−Vth)を保持する。すなわち、ホールドコンデンサ21は、出力電圧Voutからインバータ221の閾値電圧Vthを減算した電圧(Vout−Vth)により充電される。
The control unit 30 outputs the switching signal Sch1 to the switch 222 of the
ホールドコンデンサ21が電圧(Vout−Vth)を保持すると、制御部30は、切替信号Sch2をオフにし(E点)、アナログ‐デジタル変換部10の各スイッチ12の接点12aと接点12bとを接続する。
When the hold capacitor 21 holds the voltage (V out −V th ), the control unit 30 turns off the switching signal Sch2 (point E), and
制御部30は、切替信号Sch2をオフにすると、アナログ‐デジタル変換部10に制御信号Sctr(200(16進数))を出力し、bit[9]に対応するコンデンサ11をフィルタ回路13を通過した基準電圧Vref´で充電することで、コンデンサ11からbit[9]に対応する比較電圧Vcmpを出力する。bit[9]に対応するコンデンサ11は、基準電圧Vrefの約半分の例えば2.5Vの比較電圧Vcmpをホールドコンデンサ21に出力する。
When the switching signal Sch2 is turned off, the control unit 30 outputs the control signal Sctr (200 (hexadecimal number)) to the analog-digital conversion unit 10, and the
ホールドコンデンサ21は、出力電圧Voutと比較電圧Vcmpとの電位差に基づいて電圧Vhをインバータ221に出力する。すなわち、ホールドコンデンサ21は、出力電圧Voutが比較電圧Vcmpよりも大きい場合、閾値電圧Vthよりも大きい電圧Vhをインバータ221に出力し、出力電圧Voutが比較電圧Vcmpよりも小さい場合、閾値電圧Vthよりも小さい電圧Vhをインバータ221に出力する。 Hold capacitor 21 outputs a voltage V h to the inverter 221 based on the potential difference between the comparison voltage V cmp and the output voltage V out. That is, the hold capacitor 21, when the output voltage V out is larger than the comparison voltage V cmp, outputs a high voltage V h than the threshold voltage V th to the inverter 221, the output voltage V out is smaller than the comparison voltage V cmp In this case, a voltage V h smaller than the threshold voltage V th is output to the inverter 221.
インバータ221は、ホールドコンデンサ21から入力した電圧Vhが閾値電圧Vthよりも大きければ0(Lo)、ホールドコンデンサ21から入力した電圧Vhが閾値電圧Vthよりも小さければ1(Hi)の比較結果Scmpを制御部30に出力する。 Inverter 221 is larger than the voltage V h threshold voltage V th input from the hold capacitor 21 0 (Lo), if the voltage V h inputted from the hold capacitor 21 is smaller than the threshold voltage V th 1 (Hi) The comparison result S cmp is output to the control unit 30.
制御部30は、インバータ221から出力された比較結果Scmpに基づいて制御信号Sctrをホールドコンデンサ21に出力する。すなわち、インバータ221から0(L)の比較結果Scmpが出力された場合(出力電圧Voutが比較電圧Vcmpよりも大きい場合)、制御部30は、bit[9]及びbit[8]に対応する信号線31に基準電圧Vref(制御信号Sctr:300(16進数))を出力し、bit[9]及びbit[8]に対応するコンデンサ11を充電する。アナログ‐デジタル変換部10は、bit[9]に対応する電圧にbit[8]対応する1.25Vの電圧を加算した例えば、3.75Vの電圧を比較電圧Vcmpとしてホールドコンデンサ21に出力する。
The control unit 30 outputs a control signal S ctr to the hold capacitor 21 based on the comparison result S cmp output from the inverter 221. That is, when the comparison result S cmp of 0 (L) is output from the inverter 221 (when the output voltage V out is larger than the comparison voltage V cmp ), the control unit 30 sets bit [9] and bit [8]. The reference voltage V ref (control signal S ctr : 300 (hexadecimal number)) is output to the corresponding signal line 31 to charge the
一方、インバータ221から1(Hi)の比較結果Scmpが出力された場合(出力電圧Voutが比較電圧Vcmpより小さい場合)、制御部30は、bit[9]に対応する信号線31に出力していた基準電圧Vrefを停止し、bit[8]に対応する信号線31に基準電圧Vref(制御信号Sctr:100(16進数))を出力する(F点)。このとき、アナログ‐デジタル変換部10は、bit[8]に対応するコンデンサ11から例えば1.25Vの比較電圧Vcmpをホールドコンデンサ21に出力する。インバータ221は、ホールドコンデンサ21から入力した電圧に基づいて、出力電圧Voutと比較電圧Vcmpとの比較結果Scmpを制御部30に出力する。
On the other hand, when the comparison result S cmp of 1 (Hi) is output from the inverter 221 (when the output voltage V out is smaller than the comparison voltage V cmp ), the control unit 30 applies the signal line 31 corresponding to bit [9]. The output reference voltage V ref is stopped, and the reference voltage V ref (control signal S ctr : 100 (hexadecimal number)) is output to the signal line 31 corresponding to bit [8] (point F). At this time, the analog-digital conversion unit 10 outputs a comparison voltage V cmp of, for example, 1.25 V to the hold capacitor 21 from the
制御部30は、bit[7]〜bit[0]についても、インバータ221からの比較結果Scmpに基づいて制御信号Sctrを変化させながら出力電圧Voutと比較電圧Vcmpとを比較し、出力電圧Voutの電圧値を特定して量子化する。図3では、bit[7]、bit[6]、bit[3]及びbit[3]が1である制御信号(0C9(16進数))に対応する電圧値(例えば、約0.981V)を出力電圧Voutの電圧値として特定して量子化している。 The control unit 30 also compares the output voltage V out with the comparison voltage V cmp while changing the control signal S ctr based on the comparison result S cmp from the inverter 221 for bit [7] to bit [0]. The voltage value of the output voltage Vout is specified and quantized. In FIG. 3, a voltage value (for example, about 0.981 V) corresponding to a control signal (0C9 (hexadecimal number)) in which bit [7], bit [6], bit [3], and bit [3] are 1 is represented. It is specified and quantized as a voltage value of the output voltage Vout .
制御部30は、特定した出力電圧Voutの電圧値を量子化したデジタル値を保持し、保持したデジタル値をデジタル信号Sdとして図示しないCPU等に出力する。 Control unit 30 holds the digital value the voltage value obtained by quantizing the specified output voltage V out, and outputs the held digital values to the CPU or the like (not shown) as a digital signal S d.
アナログ‐デジタル変換装置1は、上記の動作を繰り返すことにより、入力したアナログ信号Saをデジタル信号Sdに変換する。
Analog -
(実施の形態の効果)
本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
(1)フィルタ回路13を有しない構成では、出力電圧Voutに、図2(d)に示すようなオーバーシュート及びアンダーシュートが発生し、オーバーシュート、アンダーシュートした部分に相当する電荷がスイッチ222がオフであるのに関わらず、スイッチ222のソース‐ドレイン間から漏れてホールドコンデンサ21が保持した電圧(Vout−Vth)が変動することがある。すなわち、オーバーシュート成分、アンダーシュート成分の電圧が大きい場合、ソース‐ドレイン間が導通し、ホールドコンデンサ21が充電した電荷の一部がリーク電流として流れる。
(Effect of embodiment)
According to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) In the configuration without the filter circuit 13, overshoot and undershoot as shown in FIG. 2D occur in the output voltage Vout , and the charge corresponding to the overshoot and undershoot portions is transferred to the switch 222. Regardless of whether or not is off, the voltage (V out −V th ) held by the hold capacitor 21 due to leakage from the source and drain of the switch 222 may fluctuate. That is, when the voltages of the overshoot component and the undershoot component are large, the source and drain are conducted, and a part of the charge charged by the hold capacitor 21 flows as a leakage current.
本実施の形態では、最上位ビット(bit[9])に対応する信号線31にフィルタ回路13を設けることにより、出力電圧Voutからオーバーシュート成分及びアンダーシュート成分を抑制できるので、ホールドコンデンサ21が保持した電圧(Vout−Vth)の変動を低減することが可能になる。 In the present embodiment, by providing the filter circuit 13 in the signal line 31 corresponding to the most significant bit (bit [9]), it is possible to suppress the overshoot component and the undershoot component from the output voltage Vout. It is possible to reduce fluctuations in the voltage (V out −V th ) held by the.
(2)ホールドコンデンサ21が充電した電荷がスイッチ222から漏れ、ホールドコンデンサ21が保持した電圧(Vout−Vth)が例えば、最下位ビットbit[0]に対応する4.88mVの半分の2.44mV変動した場合、比較部20は、変動した電圧(Vout−Vth)に基づいて、出力電圧Voutと比較電圧Vcmpとを比較するため、bit[0]について0(L)と1(H)が反転した比較結果Scmpを出力することになる。この場合、制御部30は、比較結果Scmpに基づいてbit[0]が反転したデジタル信号Sdを出力する。
(2) The charge charged by the hold capacitor 21 leaks from the switch 222, and the voltage (V out −V th ) held by the hold capacitor 21 is, for example, 2 which is half of 4.88 mV corresponding to the least significant bit bit [0]. When .44 mV is changed, the
本実施の形態では、ホールドコンデンサ21が保持した電圧(Vout−Vth)の変動を抑制できることから、精度よくアナログ信号Saをデジタル信号Sdに変換して出力することが可能になる。 In this embodiment, consists can be suppressed variations in the voltage hold capacitor 21 is held (V out -V th), it can be output by converting accurately analog signal S a into a digital signal S d.
(3)フィルタ回路13を設けた簡素な構成でアナログ‐デジタル変換装置1の変換精度を向上させることができる。
(3) The conversion accuracy of the analog-
[変形例]
なお、本発明の実施の形態は、上記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲内で種々に変形、実施が可能である。例えば、フィルタ回路13は、アナログ‐デジタル変換部10の複数のビットに対応させて設けてもよい。また、フィルタ回路13は、アナログ‐デジタル変換部10の外部に設けてもよい。
[Modification]
The embodiments of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various modifications and implementations are possible without departing from the scope of the present invention. For example, the filter circuit 13 may be provided corresponding to a plurality of bits of the analog-digital conversion unit 10. The filter circuit 13 may be provided outside the analog-digital conversion unit 10.
また、基準電圧Vrefは、制御部30とは別に設けられた電源部等からアナログ‐デジタル変換部10に出力されてもよい。また、制御部は、クロック信号CLK及びリセット信号RSTを生成するものとしてもよい。 Further, the reference voltage V ref may be output to the analog-digital conversion unit 10 from a power supply unit or the like provided separately from the control unit 30. Further, the control unit may generate the clock signal CLK and the reset signal RST.
また、上記実施の形態のタイミングチャートは、本発明の要旨を変更しない範囲でタイミング及び動作の付加、削除、入替、置換等が可能である。 Further, the timing chart of the above embodiment can add, delete, replace, replace, etc. the timing and operation without departing from the scope of the present invention.
1…デジタル変換装置、10…アナログ‐デジタル変換部、11…コンデンサ、12…スイッチ、12a…接点、12b、12c…接点、13…フィルタ回路、20…比較部、21…ホールドコンデンサ、21a…入力端子、21b…出力端子、22…チョッパコンパレータ、30…制御部、31…信号線、41、42、43…リセットスイッチ、131…コンデンサ、221…インバータ、222…スイッチ、CLK…クロック信号、GND…グランド、R…抵抗、RST…リセット信号、Sa…アナログ信号、Sch1、Sch2、Sch3…切替信号、Scmp…比較結果、Sctr…制御信号、Sd…デジタル信号、Vcmp…比較電圧、Vout、Vout´…出力電圧、Vref、Vref´…基準電圧
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記デジタル信号の各ビットに対応する複数のコンデンサを有し、入力した基準電圧により前記コンデンサを充電して前記各ビットに対応する比較電圧を出力する電圧出力部と、
前記アナログ信号に基づく電圧を保持するホールドコンデンサと、オン、オフ動作により前記ホールドコンデンサが保持する電圧を制御するスイッチとを有し、前記電圧出力部が出力した前記比較電圧と前記アナログ信号に基づく電圧とを比較して比較結果を出力する比較部と、
前記コンデンサに接続し、前記コンデンサが入力する前記基準電圧の高周波成分を低減するフィルタ回路と、
を備えるアナログ‐デジタル変換装置。 In a successive approximation type analog-to-digital converter that converts an analog signal input from the outside into a digital signal and outputs it,
A voltage output unit having a plurality of capacitors corresponding to each bit of the digital signal, charging the capacitor with an input reference voltage and outputting a comparison voltage corresponding to each bit;
A hold capacitor for holding a voltage based on the analog signal; and a switch for controlling a voltage held by the hold capacitor by an on / off operation, based on the comparison voltage output by the voltage output unit and the analog signal. A comparison unit that compares the voltage and outputs a comparison result;
A filter circuit connected to the capacitor for reducing a high frequency component of the reference voltage input by the capacitor;
An analog-to-digital conversion device.
請求項1に記載のアナログ‐デジタル変換装置。 The filter circuit is connected to the capacitor corresponding to the most significant bit of the digital signal;
The analog-digital conversion device according to claim 1.
The analog-digital conversion apparatus according to claim 1, wherein the comparison unit further includes an inverter circuit that outputs a comparison result based on a potential difference between the comparison voltage and a voltage based on the analog signal.
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