JP2016154301A

JP2016154301A - Ａ／ｄ変換装置

Info

Publication number: JP2016154301A
Application number: JP2015031916A
Authority: JP
Inventors: 五常渡部; Yukinobu Watabe
Original assignee: Lapis Semiconductor Co Ltd
Current assignee: Lapis Semiconductor Co Ltd
Priority date: 2015-02-20
Filing date: 2015-02-20
Publication date: 2016-08-25
Anticipated expiration: 2035-02-20
Also published as: US9602124B2; US20160248436A1; JP6710497B2

Abstract

【課題】Ａ／Ｄ変換の精度低下を招くことなくＡ／Ｄ変換器の入力レンジよりも大なる電圧範囲の入力信号をディジタル値に変換することが可能なＡ／Ｄ変換装置を提供する。
【解決手段】基準電圧から入力信号の電圧値を減算して得た電圧値を有するレベルシフト入力信号を生成する減算回路３０と、レベルシフト入力信号の電圧値をディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器４０と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ａ／Ｄ変換装置に関する。

Ａ／Ｄ変換器の入力レンジ、つまり当該Ａ／Ｄ変換器に入力することが可能な電圧範囲は、そのＡ／Ｄ変換器の仕様によって決まっている。よって、当該入力レンジよりも電圧範囲が大なる入力信号を当該Ａ／Ｄ変換によってＡ／Ｄ変換する場合には、入力信号の電圧値をＡ／Ｄ変換器の入力レンジ内に低下させる必要がある。

そこで、入力信号の電圧値として取り得る電圧範囲をＡ／Ｄ変換器の入力レンジに圧縮させる為に、入力信号の電圧値を２つの抵抗によって分圧することによりその電圧値を低下させる抵抗分圧回路を当該Ａ／Ｄ変換器の前段に設けたＡ／Ｄ変換装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開平９−８３３６５号公報

しかしながら、抵抗分圧によって入力信号の電圧値を低下させると、入力信号のダイナミックレンジが圧縮されてしまうのでＡ／Ｄ変換の精度が低下するという問題があった。

そこで、本発明は、Ａ／Ｄ変換の精度低下を招くことなくＡ／Ｄ変換器の入力レンジよりも大なる電圧範囲の入力信号をディジタル値に変換することが可能なＡ／Ｄ変換装置を提供することを目的とする。

本発明に係るＡ／Ｄ変換装置は、基準電圧から入力信号の電圧値を減算して得た電圧値を有するレベルシフト入力信号を生成する減算回路と、前記レベルシフト入力信号の電圧値をディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器と、を有する。

また、本発明に係る他のＡ／Ｄ変換装置は、第１〜第ｎ（ｎは２以上の整数）の入力信号を順次択一的に選択し、前記選択した入力信号を出力ラインを介して出力する第１のセレクタと、前記セレクタから出力された前記入力信号の電圧値を基準電圧から減算して得た電圧値を有するレベルシフト入力信号を生成する減算回路と、前記レベルシフト入力信号の電圧値をディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器と、を有する。

本発明では、入力信号をＡ／Ｄ変換器にてＡ／Ｄ変換するにあたり、Ａ／Ｄ変換器の前段に設けた減算回路により、基準電圧から入力信号を減算して得られた電圧値を有するレベルシフト入力信号を生成し、当該レベルシフト入力信号をＡ／Ｄ変換器に供給する。これにより、入力信号として取り得る電圧値の電圧範囲がＡ／Ｄ変換器の入力レンジより大であっても、入力信号の電圧値を圧縮することなく、その電圧値をＡ／Ｄ変換器の入力レンジに収めることが可能となる。

よって、本発明によれば、Ａ／Ｄ変換の精度低下を招くことなくＡ／Ｄ変換器の入力レンジよりも大なる電圧範囲の入力信号をディジタル値に変換することが可能となる。

本発明に係るＡ／Ｄ変換装置１００の構成を示す回路図である。入力信号Ｖ_PI及びＶ_POの電圧値として取り得る電圧範囲と、電圧領域Ｅａ、Ｅｂ、Ｅｃ及びＥｄとを示す図である。入力信号Ｖ_POの電圧値が電圧領域Ｅａの範囲内にある場合における、減算回路３０でのレベルシフトの形態を表す図である。入力信号Ｖ_POの電圧値が電圧領域Ｅｂの範囲内にある場合における、減算回路３０でのレベルシフトの形態を表す図である。入力信号Ｖ_POの電圧値が電圧領域Ｅｃの範囲内にある場合における、減算回路３０でのレベルシフトの形態を表す図である。入力信号Ｖ_POの電圧値が電圧領域Ｅｄの範囲内にある場合における、減算回路３０でのレベルシフトの形態を表す図である。本発明に係るＡ／Ｄ変換装置１００の他の一例を示す回路図である。図７に示すＡ／Ｄ変換装置１００の内部動作を示すタイムチャートである。入力信号切替時に生じるリンギングの一例を示す入力信号Ｖ_POの波形図である。図７に示すＡ／Ｄ変換装置１００の変形例を示す回路図である。図７に示すＡ／Ｄ変換装置１００の他の変形例を示す回路図である。

以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、本発明に係るＡ／Ｄ変換装置１００の一例を示す回路図である。Ａ／Ｄ変換装置１００は半導体チップに形成されており、図１に示すように、オペアンプ１０、領域判定部２０、セレクタ２１、２２、加算器２３、減算回路３０及びＡ／Ｄ変換器４０を含む。

オペアンプ１０は、出力端子及び反転入力端子同士が接続されている、いわゆるボルテージフォロワである。オペアンプ１０は、非反転入力端子に供給された入力信号Ｖ_PIを利得１にて増幅して得た入力信号Ｖ_POを領域判定部２０及び減算回路３０に供給する。尚、入力信号Ｖ_PI及びＶ_PO各々の電圧値として取り得る電圧範囲（以下、入力電圧範囲と称する）は、例えば図２に示すように０ボルト〜電圧値ＶＢｄ（例えば２０ボルト）である。

領域判定部２０は、入力信号Ｖ_POの電圧値が、当該入力電圧範囲を複数に分割した電圧領域各々のうちのいずれの電圧領域内にあるのかを判定する。各電圧領域は、夫々の幅がＡ／Ｄ変換器４０の入力レンジ以下となるように、入力電圧範囲を複数に分割して得られたものである。尚、Ａ／Ｄ変換精度を最大とする為には、複数の電圧領域各々の幅を、Ａ／Ｄ変換器４０の入力レンジと同一にすることが望ましい。

例えば、図２に示すように、入力電圧範囲の最大の電圧値ＶＢｄが２０ボルトであり、且つＡ／Ｄ変換器４０の入力レンジにおける最大の電圧値ＶＢａが５ボルトである場合には、当該電圧範囲を５ボルト毎に４分割した電圧領域Ｅａ、Ｅｂ、Ｅｃ及びＥｄを設定する。よって、この際、領域判定部２０は、入力信号Ｖ_POの電圧値が、これら電圧領域Ｅａ、Ｅｂ、Ｅｃ及びＥｄのうちのいずれの電圧領域内にあるのかを判定する。尚、電圧領域Ｅａにおける最大の電圧値は、図２に示す電圧値ＶＢａ（例えば５ボルト）となり、電圧領域Ｅｂにおける最大の電圧値は、図２に示す電圧値ＶＢｂ（例えば１０ボルト）となる。また、電圧領域Ｅｃにおける最大の電圧値は、図２に示す電圧値ＶＢｃ（例えば１５ボルト）となり、電圧領域Ｅｄにおける最大の電圧値は、図２に示す電圧値ＶＢｄ（例えば２０ボルト）となる。

領域判定部２０は、当該判定された電圧領域を示す領域判定信号ＳＡを、セレクタ２１及び２２に供給する。

セレクタ２１は、図２に示すように電圧領域Ｅａ〜Ｅｄの各電圧領域内での最大の電圧値ＶＢａ、ＶＢｂ、ＶＢｃ、及びＶＢｄのうちから、領域判定信号ＳＡにて示される電圧領域に対応した電圧値ＶＢを選択し、これを基準電圧Ｖ_BSEとして減算回路３０に供給する。

すなわち、セレクタ２１は、図２に示す電圧領域Ｅａを示す領域判定信号ＳＡが供給された場合には電圧値ＶＢａ（５ボルト）を選択し、当該電圧値ＶＢａを有する基準電圧Ｖ_BSEを減算回路３０に供給する。また、セレクタ２１は、図２に示す電圧領域Ｅｂを示す領域判定信号ＳＡが供給された場合には電圧値ＶＢｂ（１０ボルト）を選択し、当該電圧値ＶＢｂを有する基準電圧Ｖ_BSEを減算回路３０に供給する。また、セレクタ２１は、図２に示す電圧領域Ｅｃを示す領域判定信号ＳＡが供給された場合には電圧値ＶＢｃ（１５ボルト）を選択し、当該電圧値ＶＢｃを有する基準電圧Ｖ_BSEを減算回路３０に供給する。また、セレクタ２１は、図２に示す電圧領域Ｅｄを示す領域判定信号ＳＡが供給された場合には電圧値ＶＢｄ（２０ボルト）を選択し、当該電圧値ＶＢｄを有する基準電圧Ｖ_BSEを減算回路３０に供給する。

セレクタ２２は、電圧領域Ｅａ〜Ｅｄの各電圧領域内での最小の電圧値を夫々Ｎビット（Ｎは２以上の整数）で表すデータＤＤａ、ＤＤｂ、ＤＤｃ、及びＤＤｄのうちから、領域判定信号ＳＡにて示される電圧領域に対応したデータＤＤを選択し、これをシフトデータＤ_SFTとして加算器２３に供給する。尚、例えば１ボルトの電圧値を１ビットの精度で表す場合には、図２に示すように、シフトデータＤＤａ、ＤＤｂ、ＤＤｃ及びＤＤｄは、
ＤＤａ：［０００００］
ＤＤｂ：［００１０１］
ＤＤｃ：［０１０１０］
ＤＤｄ：［０１１１１］
のような５ビットのデータとなる。

減算回路３０は、図１に示すように、抵抗Ｒ１〜Ｒ４及びオペアンプＯＰを有する。オペアンプＯＰの反転入力端子には抵抗Ｒ１の一端が接続されており、抵抗Ｒ１の他端には上記した入力信号Ｖ_POが印加されている。更にオペアンプＯＰの反転入力端子には抵抗Ｒ２の一端が接続されており、この抵抗Ｒ２の他端にはオペアンプＯＰの出力端子が接続されている。オペアンプＯＰの非反転入力端子には抵抗Ｒ３の一端が接続されており、当該抵抗Ｒ３の他端には基準電圧Ｖ_BSEが印加されている。更にオペアンプＯＰの非反転入力端子には、抵抗Ｒ４の一端が接続されており、当該抵抗Ｒ４の他端には接地電位ＧＮＤが印加されている。尚、抵抗Ｒ１〜Ｒ４各々の抵抗値は同一である。

上記した構成により、減算回路３０は、基準電圧Ｖ_BSEから入力信号Ｖ_POを減算することにより、入力信号Ｖ_POの電圧値を低下させる方向にレベルシフトする。減算回路３０は、当該減算によって得られた電圧値を有するレベルシフト入力信号Ｖ_ADIをＡ／Ｄ変換器４０に供給する。

Ａ／Ｄ変換器４０は、レベルシフト入力信号Ｖ_ADIの電圧値をディジタル値に変換して得たＮビットのディジタルデータＤＴを加算器２３に供給する。

加算器２３は、ディジタルデータＤＴに上記したシフトデータＤ_SFTを加算して得られたＮビットのディジタルデータＤＡＴを出力する。すなわち、加算器２３は、減算回路３０によって電圧値を低下させる方向にレベルシフトされた分を相殺する為に、そのレベルシフト分に対応したディジタル値を示すシフトデータＤ_SFTをディジタルデータＤＴに加算するのである。

以下に、図１に示す構成を有するＡ／Ｄ変換装置１００の動作について、図２〜図６を参照しつつ説明する。

先ず、入力信号Ｖ_POの電圧値が、図２に示す電圧領域Ｅａ（０〜５ボルト）の範囲内にある場合、セレクタ２１は、電圧値ＶＢａ（５ボルト）を有する基準電圧Ｖ_BSEを減算回路３０に供給する。更に、セレクタ２２が、シフトデータＤＤａ（０００００）を加算器２３に供給する。この際、減算回路３０は、当該電圧値ＶＢａ（５ボルト）を有する基準電圧Ｖ_BSEから入力信号Ｖ_POを減算して得られた電圧値を有するレベルシフト入力信号Ｖ_ADIを、Ａ／Ｄ変換器４０に供給する。尚、入力信号Ｖ_POの電圧値は電圧領域Ｅａの範囲内であるので、電圧値ＶＢａ（５ボルト）から入力信号Ｖ_POを減算すると、図３に示すように、電圧領域Ｅａ（０〜５ボルト）の電圧値を有する入力信号Ｖ_POが、電圧値ＶＢａ（５ボルト）〜０ボルトの電圧範囲にレベルシフトされたレベルシフト入力信号Ｖ_ADIに変換される。ここでの電圧値のレベルシフトはゼロである。すなわち、入力信号Ｖ_POの電圧値が、Ａ／Ｄ変換器４０の入力レンジである電圧値ＶＢａ（５ボルト）〜０ボルトの電圧範囲にある場合には、減算回路３０での電圧値のレベルシフトはゼロである。Ａ／Ｄ変換器４０は、電圧値ＶＢａ（５ボルト）〜０ボルトの電圧範囲のレベルシフト入力信号Ｖ_ADIをディジタル値に変換して得られたＮビット、例えば５ビットのディジタルデータＤＴを加算器２３に供給する。この際、加算器２３は、ディジタルデータＤＴにシフトデータＤＤａ（０００００）を加算して得られた加算結果を、最終的なディジタルデータＤＡＴとして出力する。つまり、減算回路３０における電圧値のレベルシフトがゼロであるので、そのレベルシフトした分をディジタルデータの段階で相殺する量もゼロとなる。そこで、この際、レベルシフト量ゼロを表すシフトデータＤＤａ（０００００）をディジタルデータＤＴに加算するのである。

また、入力信号Ｖ_POの電圧値が、図２に示す電圧領域Ｅｂ（５〜１０ボルト）の範囲内にある場合、セレクタ２１は、電圧値ＶＢｂ（１０ボルト）を有する基準電圧Ｖ_BSEを減算回路３０に供給する。更に、セレクタ２２が、シフトデータＤＤｂ（００１０１）を加算器２３に供給する。この際、減算回路３０は、当該電圧値ＶＢｂ（１０ボルト）を有する基準電圧Ｖ_BSEから入力信号Ｖ_POを減算して得られた電圧値を有するレベルシフト入力信号Ｖ_ADIを、Ａ／Ｄ変換器４０に供給する。尚、入力信号Ｖ_POの電圧値は電圧領域Ｅｂの範囲内であるので、電圧値ＶＢｂ（１０ボルト）から入力信号Ｖ_POを減算すると、図４に示すように、電圧領域Ｅｂ（５〜１０ボルト）の電圧値を有する入力信号Ｖ_POが、電圧値ＶＢａ（５ボルト）〜０ボルトの電圧範囲にレベルシフトされたレベルシフト入力信号Ｖ_ADIに変換される。つまり、この際、減算回路３０は、電圧領域Ｅｂ（５〜１０ボルト）の電圧値を有する入力信号Ｖ_POを、図４に示すように、Ａ／Ｄ変換器４０の入力レンジである電圧値ＶＢａ（５ボルト）〜０ボルトの電圧範囲にレベルシフトするのである。ここでの電圧値のレベルシフト量は電圧値ＶＢａである。Ａ／Ｄ変換器４０は、電圧値ＶＢａ（５ボルト）〜０ボルトの電圧範囲にレベルシフトされたレベルシフト入力信号Ｖ_ADIをディジタル値に変換して得られたＮビット、例えば５ビットのディジタルデータＤＴを加算器２３に供給する。この際、加算器２３は、ディジタルデータＤＴにシフトデータＤＤｂ（００１０１）を加算して得られた加算結果を、最終的なディジタルデータＤＡＴとして出力する。つまり、減算回路３０における電圧値のレベルシフト量が電圧値ＶＢａ（５ボルト）であるので、そのレベルシフト分をディジタルデータの段階で相殺する為に、電圧値ＶＢａ（５ボルト）をディジタル値で表すシフトデータＤＤｂ（００１０１）を、ディジタルデータＤＴに加算するのである。

また、入力信号Ｖ_POの電圧値が、図２に示す電圧領域Ｅｃ（１０〜１５ボルト）の範囲内にある場合、セレクタ２１は、電圧値ＶＢｃ（１５ボルト）を有する基準電圧Ｖ_BSEを減算回路３０に供給する。更に、セレクタ２２が、シフトデータＤＤｃ（０１０１０）を加算器２３に供給する。この際、減算回路３０は、当該電圧値ＶＢｃ（１５ボルト）を有する基準電圧Ｖ_BSEから入力信号Ｖ_POを減算して得られた電圧値を有するレベルシフト入力信号Ｖ_ADIを、Ａ／Ｄ変換器４０に供給する。尚、入力信号Ｖ_POの電圧値は電圧領域Ｅｃの範囲内であるので、電圧値ＶＢｃ（１５ボルト）から入力信号Ｖ_POを減算すると、図５に示すように、電圧領域Ｅｃ（１０〜１５ボルト）の電圧値を有する入力信号Ｖ_POが、電圧値ＶＢａ（５ボルト）〜０ボルトの電圧範囲にレベルシフトされたレベルシフト入力信号Ｖ_ADIに変換される。つまり、この際、減算回路３０は、電圧領域Ｅｃ（１０〜１５ボルト）の電圧値を有する入力信号Ｖ_POを、図５に示すように、Ａ／Ｄ変換器４０の入力レンジである電圧値ＶＢａ（５ボルト）〜０ボルトの電圧範囲にレベルシフトするのである。ここでの電圧値のレベルシフト量は電圧値ＶＢｂである。Ａ／Ｄ変換器４０は、電圧値ＶＢａ（５ボルト）〜０ボルトの電圧範囲にレベルシフトされたレベルシフト入力信号Ｖ_ADIをディジタル値に変換して得られたＮビット、例えば５ビットのディジタルデータＤＴを加算器２３に供給する。この際、加算器２３は、ディジタルデータＤＴにシフトデータＤＤｃ（０１０１０）を加算して得られた加算結果を、最終的なディジタルデータＤＡＴとして出力する。つまり、減算回路３０における電圧値のレベルシフト量が電圧値ＶＢｂ（１０ボルト）であるので、そのレベルシフトした分をディジタルデータの段階で相殺する為に、電圧値ＶＢｂ（５ボルト）をディジタル値で表すシフトデータＤＤｃ（０１０１０）を、ディジタルデータＤＴに加算するのである。

また、入力信号Ｖ_POの電圧値が、図２に示す電圧領域Ｅｄ（１５〜２０ボルト）の範囲内にある場合、セレクタ２１は、電圧値ＶＢｄ（２０ボルト）を有する基準電圧Ｖ_BSEを減算回路３０に供給する。更に、セレクタ２２が、シフトデータＤＤｄ（０１１１１）を加算器２３に供給する。この際、減算回路３０は、当該電圧値ＶＢｄ（２０ボルト）を有する基準電圧Ｖ_BSEから入力信号Ｖ_POを減算して得られた電圧値を有するレベルシフト入力信号Ｖ_ADIを、Ａ／Ｄ変換器４０に供給する。尚、入力信号Ｖ_POの電圧値は電圧領域Ｅｄの範囲内であるので、電圧値ＶＢｄ（２０ボルト）から入力信号Ｖ_POを減算すると、図６に示すように、電圧領域Ｅｄ（１５〜２０ボルト）の電圧値を有する入力信号Ｖ_POが、電圧値ＶＢａ（５ボルト）〜０ボルトの電圧範囲にレベルシフトされたレベルシフト入力信号Ｖ_ADIに変換される。つまり、この際、減算回路３０は、電圧領域Ｅｄ（１５〜２０ボルト）の電圧値を有する入力信号Ｖ_POを、図６に示すように、Ａ／Ｄ変換器４０の入力レンジである電圧値ＶＢａ（５ボルト）〜０ボルトの電圧範囲にレベルシフトするのである。ここでの電圧値のレベルシフト量は電圧値ＶＢｃである。Ａ／Ｄ変換器４０は、電圧値ＶＢａ（５ボルト）〜０ボルトの電圧範囲にレベルシフトされたレベルシフト入力信号Ｖ_ADIをディジタル値に変換して得られたＮビット、例えば５ビットのディジタルデータＤＴを加算器２３に供給する。この際、加算器２３は、ディジタルデータＤＴにシフトデータＤＤｄ（０１１１１）を加算して得られた加算結果を、最終的なディジタルデータＤＡＴとして出力する。つまり、減算回路３０における電圧値のレベルシフト量が電圧値ＶＢｃ（１５ボルト）であるので、そのレベルシフトした分をディジタルデータの段階で相殺する為に、電圧値ＶＢｃ（１５ボルト）をディジタル値で表すシフトデータＤＤｄ（０１１１１）を、ディジタルデータＤＴに加算するのである。

上記した動作により、Ａ／Ｄ変換装置１００は、入力信号Ｖ_PI（１５〜２０ボルト）の電圧値をＮビットで表すディジタルデータＤＡＴを生成する。

以上のように、Ａ／Ｄ変換装置１００では、入力信号（Ｖ_PI、Ｖ_PO）をＡ／Ｄ変換器４０にてＡ／Ｄ変換するにあたり、Ａ／Ｄ変換器４０の前段に設けた減算回路３０が、基準電圧Ｖ_BSEから入力信号を減算することにより、入力信号の電圧値をレベルシフトしたレベルシフト入力信号Ｖ_ADIを生成し、これをＡ／Ｄ変換器４０に供給するようにしている。よって、減算回路３０によれば、例え入力電圧範囲がＡ／Ｄ変換器４０の入力レンジより大であっても、入力信号の電圧値を圧縮することなく、その電圧値をＡ／Ｄ変換器４０の入力レンジに収めることが可能となる。

ここで、基準電圧Ｖ_BSEを以下のような電圧値に設定する。つまり、図３〜図６に示すように、夫々の幅がＡ／Ｄ変換器４０の入力レンジ以下となるように入力電圧範囲を複数に分割した電圧領域各々のうちで、入力信号Ｖ_POの電圧値を含む電圧領域における最大の電圧値に設定するのである。これにより、入力信号の電圧値が圧縮されることなく、Ａ／Ｄ変換器４０の入力レンジに収まるレベルシフトが為される。

よって、Ａ／Ｄ変換装置１００によれば、Ａ／Ｄ変換器４０の入力レンジよりも大なる電圧範囲の入力信号をＡ／Ｄ変換するにあたり、当該入力信号の電圧値を抵抗分圧によって圧縮してＡ／Ｄ変換器に供給するようにした従来の構成に比して、Ａ／Ｄ変換精度の低下を抑えることが可能となる。

尚、図１にす構成では、１系統分の入力信号Ｖ_PIをディジタル変換の対象として受け付けているが、Ａ／Ｄ変換装置１００としては、２系統以上の複数の入力信号を受け付け、これら複数の入力信号を１つずつ順次選択してＡ／Ｄ変換器４０に供給する構成を採用しても良い。

図７は、かかる点に鑑みて為されたＡ／Ｄ変換装置１００の他の一例を示す回路図である。尚、図７に示す構成では、１系統分のオペアンプ１０に代えて３系統分のオペアンプ１１〜１３を採用すると共に、選択制御部５０及びセレクタ６０を新たに追加した点を除く他の構成及び動作は、図１に示すものと同一である。この際、図７に示す構成によるＡ／Ｄ変換装置１００は、３系統分の入力信号Ｖ_PI１、Ｖ_PI２及びＶ_PI３をディジタル変換対象として受け付け、これら入力信号Ｖ_PI１、Ｖ_PI２及びＶ_PI３のうちの１つを選択的に順次ディジタル値に変換する。

図７において、オペアンプ１１〜１３の各々は、夫々自身の出力端子が自身の反転入力端子に接続されている、いわゆるボルテージフォロワである。

オペアンプ１１は、非反転入力端子に供給された第１の入力信号Ｖ_PI１を利得１にて増幅して得た入力信号Ｖ_PO１をセレクタ６０に供給する。

オペアンプ１２は、非反転入力端子に供給された第２の入力信号Ｖ_PI２を利得１にて増幅して得た入力信号Ｖ_PO２をセレクタ６０に供給する。

オペアンプ１３は、非反転入力端子に供給された第３の入力信号Ｖ_PI３を利得１にて増幅して得た入力信号Ｖ_PO３をセレクタ６０に供給する。

選択制御部５０は、図８に示すように、所定期間の間だけ［選択］を示す論理レベル１となり、他の期間は［非選択］を示す論理レベル０となる選択信号Ｓ１をセレクタ６０に供給する。また、選択制御部５０は、選択信号Ｓ１が論理レベル０の状態にある間において所定期間の間だけ［選択］を示す論理レベル１となり、他の期間は［非選択］を示す論理レベル０となる選択信号Ｓ２をセレクタ６０に供給する。更に、選択制御部５０は、選択信号Ｓ１及びＳ２が共に論理レベル０の状態にある間において所定期間の間だけ［選択］を示す論理レベル１となり、他の期間は［非選択］を示す論理レベル０となる選択信号Ｓ３をセレクタ６０に供給する。尚、上記した所定期間とは、後述するＡ／Ｄ変換周期Ｔ_ADと同一の期間である。

セレクタ６０は、インバータＶ１〜Ｖ３、及びＣＭＯＳ（complementary metal-oxide semiconductor）型のトランスミッションゲート（以下、ＴＧゲートと称する）Ｔ１〜Ｔ３を有する。

インバータＶ１は、選択信号Ｓ１の論理レベルを反転させた信号をトランスミッションゲートＴ１のｐチャネル側のゲート端子に供給する。ＴＧゲートＴ１のｎチャネル側のゲート端子には選択信号Ｓ１が供給されている。ＴＧゲートＴ１の信号入力端子にはオペアンプ１１の出力端子が接続されており、ＴＧゲートＴ１の信号出力端子は出力ラインＬＬに接続されている。ＴＧゲートＴ１は、選択信号Ｓ１が論理レベル１の状態にある場合にだけオン状態となって入力信号Ｖ_PO１を出力ラインＬＬに印加する。

インバータＶ２は、選択信号Ｓ２の論理レベルを反転させた信号をＴＧゲートＴ２のｐチャネル側のゲート端子に供給する。ＴＧゲートＴ２のｎチャネル側のゲート端子には選択信号Ｓ２が供給されている。ＴＧゲートＴ２の信号入力端子にはオペアンプ１２の出力端子が接続されており、ＴＧゲートＴ２の信号出力端子は出力ラインＬＬに接続されている。ＴＧゲートＴ２は、選択信号Ｓ２が論理レベル１の状態にある場合にだけオン状態となって入力信号Ｖ_PO２を出力ラインＬＬに印加する。

インバータＶ３は、選択信号Ｓ３の論理レベルを反転させた信号をＴＧゲートＴ３のｐチャネル側のゲート端子に供給する。ＴＧゲートＴ３のｎチャネル側のゲート端子には選択信号Ｓ３が供給されている。ＴＧゲートＴ３の信号入力端子にはオペアンプ１３の出力端子が接続されており、ＴＧゲートＴ３の信号出力端子は出力ラインＬＬに接続されている。ＴＧゲートＴ３は、選択信号Ｓ３が論理レベル１の状態にある場合にだけオン状態となって入力信号Ｖ_PO３を出力ラインＬＬに印加する。

上記した構成により、セレクタ６０は、選択信号Ｓ１〜Ｓ３に基づき３系統分の入力信号Ｖ_PO１〜Ｖ_PO３のうちから１の入力信号を選択し、この選択した入力信号を出力ラインＬＬに印加する。この際、出力ラインＬＬに印加された電圧が入力信号Ｖ_POとして領域判定部２０及び減算回路３０に供給される。

すなわち、セレクタ６０は、図８に示すように、論理レベル１の選択信号Ｓ１、及び論理レベル０の選択信号Ｓ２及びＳ３に応じて、入力信号Ｖ_PO１を選択し、この入力信号Ｖ_PO１にて表される電圧値Ｖ１を有する入力信号Ｖ_POを減算回路３０に供給する。次に、セレクタ６０は、論理レベル０の選択信号Ｓ１及びＳ３、及び論理レベル１の選択信号Ｓ２に応じて入力信号Ｖ_PO２を選択し、この入力信号Ｖ_PO２にて表される電圧値Ｖ２を有する入力信号Ｖ_POを減算回路３０に供給する。次に、セレクタ６０は、論理レベル０の選択信号Ｓ１及びＳ２、及び論理レベル１の選択信号Ｓ３に応じて、入力信号Ｖ_PO３を選択し、この入力信号Ｖ_PO３にて表される電圧値Ｖ３を有する入力信号Ｖ_POを減算回路３０に供給する。

これにより、減算回路３０は、図８に示すように時間経過につれて電圧値Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３へと変化する入力信号Ｖ_POの各電圧値をレベルシフトして、電圧値ＶＳ１、ＶＳ２、ＶＳ３へと変化するレベルシフト入力信号Ｖ_ADIを生成し、Ａ／Ｄ変換器４０に供給する。Ａ／Ｄ変換器４０は、図８において一点鎖線にて示すタイミングの各々でＡ／Ｄ変換処理を開始し、レベルシフト入力信号Ｖ_ADIの電圧値をディジタル値に変換する。つまり、Ａ／Ｄ変換器４０は、図８に示すＡ／Ｄ変換周期Ｔ_AD毎に、レベルシフト入力信号Ｖ_ADIに対してＡ／Ｄ変換を行うのである。これにより、Ａ／Ｄ変換器４０は、図８に示す電圧値ＶＳ１、ＶＳ２、及びＶＳ３を順次ディジタル値に変換して得られたディジタルデータＤＴを出力する。

したがって、図７に示す構成によれば、単一のＡ／Ｄ変換器４０を用いて、２系統以上の複数の入力信号をＡ／Ｄ変換対象として受け付けることが可能となる。よって、入力信号毎にＡ／Ｄ変換器を設けた場合に比して、回路規模を縮小化することが可能となる。

ここで、上記したセレクタ６０による入力信号の切替時、例えば図９に示す時点ｔ１では、入力信号Ｖ_POに電圧の振動、いわゆるリンギングが生じる。この際、図９に示すように、セレクタ６０における入力信号の切替の時点ｔ１からリンギングＲＧが収束するまでのリンギング収束期間Ｔ_RGが、当該時点ｔ１から次のＡ／Ｄ変換処理が開始される時点ｔ２までの安定待機期間Ｔ_SWよりも大となる場合、つまりリンギングＲＧが収束していない場合には、Ａ／Ｄ変換結果に誤差が生じる。

図１０は、このようなリンギングＲＧに伴うＡ／Ｄ変換誤差を抑えるために為された、図７に示すＡ／Ｄ変換装置１００の変形例を示す回路図である。

尚、図１０に示す構成では、ＴＧゲートＴ１〜Ｔ３に代えてＴＧゲートＴＵ１〜ＴＵ３を採用した点を除く他の構成は図７に示すものと同一である。

図１０において、ＴＧゲートＴＵ１〜ＴＵ３各々の動作は、上記したＴＧゲートＴ１〜Ｔ３と同一である。ただし、ＴＧゲートＴＵ１〜ＴＵ３各々のゲート長、つまり各ＴＧゲートを構成するｐチャネル側のＭＯＳトランジスタのゲート長及びｎチャネル側のＭＯＳトランジスタ各々のゲート長は、ＴＧゲートＴ１〜Ｔ３各々のゲート長よりも長く設定されている。すなわち、ＴＧゲートのゲート長は、これを長くするほどＴＧゲート自体のオン抵抗が増加し、リンギング収束期間Ｔ_RGが短くなる。

そこで、図１０に示すＴＧゲートＴＵ１〜ＴＵ３では、そのゲート長を、安定待機期間Ｔ_SWよりも、リンギング収束期間Ｔ_RGが短くなるような長さに設定しているのである。

よって、図１０に示す構成によれば、セレクタ６０における入力信号の切替時に生じるリンキングの影響に起因するＡ／Ｄ変換誤差を抑制することが可能となる。

尚、リンキングの影響に起因するＡ／Ｄ変換誤差を抑制する構成としては、図１０に示す構成に限定されない。

図１１は、かかる点に鑑みて為された、図７に示すＡ／Ｄ変換装置１００に対する他の変形例を示す回路図である。尚、図１１に示す構成では、セレクタ６０とオペアンプ１１〜１３の各々との間に夫々抵抗Ｒ５ａ〜Ｒ５ｃを設けると共に、減算回路３０に代えて減算回路３１を採用した点を除く他の構成は図７に示すものと同一である。

すなわち、図１１に示す構成では、オペアンプ１１から出力された入力信号Ｖ_PO１は、抵抗Ｒ５ａを介してセレクタ６０のＴＧゲートＴ１に供給される。オペアンプ１２から出力された入力信号Ｖ_PO２は、抵抗Ｒ５ｂを介してセレクタ６０のＴＧゲートＴ２に供給される。オペアンプ１３から出力された入力信号Ｖ_PO３は、抵抗Ｒ５ｃを介してセレクタ６０のＴＧゲートＴ３に供給される。

また、図１１に示される減算回路３１において、図７に示される抵抗Ｒ１に代えて抵抗Ｒ６を採用した点を除く他の構成は、図７に示される減算回路３０と同一である。尚、抵抗Ｒ５ａ〜Ｒ５ｃ各々の抵抗値は同一である。抵抗Ｒ６の抵抗値は、抵抗Ｒ５ａの抵抗値から図７に示される抵抗Ｒ１の抵抗値を減算した抵抗値に設定されている。つまり、図１１に示す構成では、オペアンプ１１〜１３とセレクタ６０との間に抵抗Ｒ５ａ〜Ｒ５ｃを挿入したものの、オペアンプ１１〜１３各々の出力端子からオペアンプＯＰの反転入力端子までの電流路全体の抵抗値に関しては、図７に示される構成と同一である。

図１１に示される構成によると、オペアンプ１１〜１３各々の出力端子とセレクタ６０との間の電流路に夫々設けた抵抗Ｒ５ａ〜５ｃにより、図７に示される構成に比して、各電流路の抵抗値が高くなるのでリンギングの発生を抑制することが可能となる。更に、図１１に示す構成によれば、抵抗Ｒ５ａ〜５ｃが付加されているものの、ＴＧゲートＴ１〜Ｔ３よりもゲート長が長いＴＧゲートＴＵ１〜ＴＵ３を採用した、図１０に示す構成に比べてレイアウト面積を小さくすることができる。

尚、図７、図１０又は図１１では、３系統の入力信号（Ｖ_PI１〜Ｖ_PI３）を時分割にてＡ／Ｄ変換する構成を一例にとってその動作を説明したが、Ａ／Ｄ変換対象として受け付ける入力信号の数は３系統に限らない。要するに、第１〜第ｎ（ｎは２以上の整数）の入力信号を、セレクタによって順次択一的に選択してＡ／Ｄ変換器に供給するような構成であれば良いのである。

また、図１０に示す一例では、セレクタ６０による入力信号の切り替え時におけるリンギング収束期間Ｔ_RGを短縮させる為に、ＴＧゲートのゲート長を増やしてＴＧゲートのオン抵抗を増加させている。しかしながら、オン抵抗を増加させることができるのであれば、ＴＧゲート各々のゲート幅を小さくする、或いは各ＴＧゲートとして、サリサイド（SALICIDE:Self-Aligned siLICIDE）技術を用いずに製造した、いわゆる非サリサイド構造を有するＴＧゲートを採用するようにしても良い。

１０〜１３オペアンプ
２０領域判定部
３０減算回路
４０Ａ／Ｄ変換器
６０セレクタ

Claims

基準電圧から入力信号の電圧値を減算して得た電圧値を有するレベルシフト入力信号を生成する減算回路と、
前記レベルシフト入力信号の電圧値をディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器と、を有することを特徴とするＡ／Ｄ変換装置。
前記基準電圧は、前記入力信号の電圧値として取り得る電圧範囲を夫々の幅が前記Ａ／Ｄ変換器の入力レンジ以下となるように分割した複数の電圧領域のうちで、前記入力信号の電圧値を含む電圧領域における最大の電圧値に設定されることを特徴とする請求項１記載のＡ／Ｄ変換装置。
前記入力信号の電圧値が前記複数の電圧領域のうちのいずれの電圧領域内にあるのかを判定する領域判定部と、
前記複数の電圧領域の各々での最大の電圧値のうちから、前記領域判定部において判定された前記電圧領域に対応した電圧値を選択し当該選択した電圧値を有する前記基準電圧を前記減算回路に供給するセレクタと、を有することを特徴とする請求項２記載のＡ／Ｄ変換装置。
第１〜第ｎ（ｎは２以上の整数）の入力信号を順次択一的に選択し、前記選択した入力信号を出力ラインを介して出力する第１のセレクタと、
前記セレクタから出力された前記入力信号の電圧値を基準電圧から減算して得た電圧値を有するレベルシフト入力信号を生成する減算回路と、
前記レベルシフト入力信号の電圧値をディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器と、を有することを特徴とするＡ／Ｄ変換装置。
前記基準電圧は、前記入力信号の電圧値として取り得る電圧範囲を夫々の幅が前記Ａ／Ｄ変換器の入力レンジ以下となるように分割した複数の電圧領域のうちで、前記入力信号の電圧値を含む電圧領域における最大の電圧値に設定されることを特徴とする請求項４記載のＡ／Ｄ変換装置。
前記入力信号の電圧値が前記複数の電圧領域のうちのいずれの電圧領域内にあるのかを判定する領域判定部と、
前記複数の電圧領域の各々での最大の電圧値のうちから、前記領域判定部において判定された前記電圧領域に対応した電圧値を選択し当該選択した電圧値を有する前記基準電圧を前記減算回路に供給する第２のセレクタと、を有することを特徴とする請求項５記載のＡ／Ｄ変換装置。
前記Ａ／Ｄ変換器は、前記第１のセレクタによる前記第１〜第ｎの入力信号の切替周期と同一周期のＡ／Ｄ変換タイミングで前記レベルシフト入力信号の電圧値をディジタル値に変換することを特徴とする請求項４〜６のいずれか１に記載のＡ／Ｄ変換装置。
前記第１のセレクタは、前記第１〜第ｎの入力信号を択一的に前記出力ラインに印加するＭＯＳ（metal-oxide semiconductor）型のトランスミッションゲートを有し、
前記第１のセレクタによる前記第１〜第ｎの入力信号の切替時点から前記Ａ／Ｄ変換タイミングまでの期間よりも、前記切替時点で発生するリンギングの収束期間が短くなるように、前記トランスミッションゲートのゲート長が設定されていることを特徴とする請求項７記載のＡ／Ｄ変換装置。
前記第１〜第ｎの入力信号は夫々第１〜第ｎの抵抗を介して前記第１のセレクタに供給されることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１に記載のＡ／Ｄ変換装置。