JP2018064157A - A/d converter - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an A/D converter that is hardly made to operate erroneously by manufacturing dispersion and consumes reduced power, by assembling a plurality of A/D conversion circuits including a β conversion cyclic type A/D conversion circuit.SOLUTION: An A/D converter is configured to include both of a non-2-ary β conversion cyclic type A/D conversion circuit and a 2 or less-ary successive comparison type A/D conversion circuit. The β conversion cyclic type A/D conversion circuit is applied for an A/D conversion circuit in charge of A/D conversion in a predetermined bit range; the successive comparison type A/D conversion circuit is applied for an A/D conversion circuit in charge of A/D conversion in a bit range whose order is lower than that of the predetermined bit range. An A/D conversion result to be output by the A/D converter is obtained by a digital synthesis unit synthesizing a result of the A/D conversion in the predetermined bit range by the β conversion cyclic type A/D conversion circuit and a result of the A/D conversion in the lower order bit range obtained by the successive comparison type A/D conversion circuit performing A/D conversion on a residual signal after the A/D conversion in the predetermined bit range.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、A/D変換器に関する。   The present invention relates to an A / D converter.

アナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換器(以下、A/D変換器と呼ぶ)が広く用いられている。   An analog-digital converter (hereinafter referred to as an A / D converter) that converts an analog signal into a digital signal is widely used.

また、製造ばらつきによる誤動作が少ない高精度のA/D変換器として、非2進(=β進、1<β<2)で符号化を行うβ変換を用いたサイクリック型A/D変換器や、複数のβ変換サイクリック型A/D変換器を縦続接続したβ変換パイプラインA/D変換器等が知られている(例えば、特許文献1参照)。   Further, as a high-precision A / D converter with few malfunctions due to manufacturing variations, a cyclic A / D converter using β conversion that performs non-binary (= β-ary, 1 <β <2) encoding A β conversion pipeline A / D converter in which a plurality of β conversion cyclic A / D converters are connected in cascade is known (for example, see Patent Document 1).

特開2013−70255号公報JP 2013-70255 A

図39は、β変換パイプラインA/D変換器の構成の一例を示している。図39の例では、β変換パイプラインADC(Analog to Digital Converter)1は、縦続に接続された複数のβ変換サイクリックADC10−1〜10−n(nは2以上の自然数)と、デジタル合成+β値推定部20とを有する。   FIG. 39 shows an example of the configuration of a β conversion pipeline A / D converter. In the example of FIG. 39, a β conversion pipeline ADC (Analog to Digital Converter) 1 includes a plurality of β conversion cyclic ADCs 10-1 to 10-n (n is a natural number of 2 or more) connected in cascade, and digital synthesis. + Β value estimation unit 20.

複数のβ変換サイクリックADC10−1〜10−nは、入力電圧Vinをサンプリングし、上位ビットから順に、β変換サイクリックADC10−1、β変換サイクリックADC10−2、・・・、β変換サイクリックADC10−nを用いてA/D変換を行う。   The plurality of β conversion cyclic ADCs 10-1 to 10-n sample the input voltage Vin, and in order from the upper bit, the β conversion cyclic ADC 10-1, the β conversion cyclic ADC 10-2,. A / D conversion is performed using the click ADC 10-n.

デジタル合成+β値推定部20は、複数のβ変換サイクリックADC10−1〜10−nの各々に含まれる演算増幅器の増幅率を示すβ(1<β<2)の値を推定する。また、デジタル合成+β値推定部20は、推定したβの値を用いて、複数のβ変換サイクリックADC10−1〜10−nから出力されるA/D変換結果を合成し、β変換パイプラインADC1のA/D変換結果であるデジタル出力Doutを出力する。   The digital synthesis + β value estimation unit 20 estimates the value of β (1 <β <2) indicating the amplification factor of the operational amplifier included in each of the plurality of β conversion cyclic ADCs 10-1 to 10-n. In addition, the digital synthesis + β value estimation unit 20 synthesizes A / D conversion results output from the plurality of β conversion cyclic ADCs 10-1 to 10-n using the estimated β value, and generates a β conversion pipeline. A digital output Dout that is an A / D conversion result of the ADC 1 is output.

このようなβ変換パイプラインADC1において、複数のβ変換サイクリックADC10−1〜10−nの各々には、演算増幅器が含まれている。一般的に演算増幅器の消費電流は大きく、信号を増幅(演算)している間は電流を流し続ける必要があるため、β変換パイプラインADC1の低消費電力化の妨げとなる。   In such a β conversion pipeline ADC1, each of the plurality of β conversion cyclic ADCs 10-1 to 10-n includes an operational amplifier. In general, the operational amplifier consumes a large amount of current, and it is necessary to keep the current flowing while the signal is amplified (computed), which hinders the low power consumption of the β conversion pipeline ADC1.

本発明の実施の形態は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、β変換サイクリック型A/D変換回路を含む複数のA/D変換回路を組合せて、製造ばらつきによる誤動作が少なく、消費電力が少ないA/D変換器を提供することを目的とする。   The embodiments of the present invention have been made in view of the above-described problems. A plurality of A / D conversion circuits including a β conversion cyclic A / D conversion circuit are combined to cause malfunction due to manufacturing variations. An object of the present invention is to provide an A / D converter that has low power consumption.

本発明の一実施態様によるA/D変換器(100)は、複数のA/D変換方式を組合せたA/D変換器(100)であって、非2進のβ変換サイクリック型A/D変換回路(110)と2進以下の逐次比較型A/D変換回路(120)とを共に含んで構成され、所定のビット範囲のA/D変換を担当するA/D変換回路に前記β変換サイクリック型A/D変換回路(110)を適用し、前記所定のビット範囲より下位のビット範囲のA/D変換を担当するA/D変換回路に前記逐次比較型A/D変換回路(120)を適用し、前記β変換サイクリック型A/D変換回路(110)による前記所定のビット範囲のA/D変換結果と、前記所定のビット範囲のA/D変換後の残差信号を前記逐次比較型A/D変換回路(120)でA/D変換して得られた前記下位のビット範囲のA/D変換結果と、をデジタル合成部(230)で合成して、前記A/D変換器(100)が出力するA/D変換結果を得ることを特徴とする。   An A / D converter (100) according to an embodiment of the present invention is an A / D converter (100) that combines a plurality of A / D conversion methods, and is a non-binary β conversion cyclic A / D converter. A D conversion circuit (110) and a successive approximation type A / D conversion circuit (120) of binary or less are included, and the A / D conversion circuit in charge of A / D conversion of a predetermined bit range is provided with the β A conversion cyclic A / D converter circuit (110) is applied, and the successive approximation A / D converter circuit (the A / D converter circuit in charge of A / D conversion in a bit range lower than the predetermined bit range) 120), the A / D conversion result of the predetermined bit range by the β conversion cyclic A / D conversion circuit (110) and the residual signal after A / D conversion of the predetermined bit range Obtained by A / D conversion by the successive approximation A / D converter circuit (120). The A / D conversion result in the lower bit range is synthesized by a digital synthesis unit (230), and an A / D conversion result output from the A / D converter (100) is obtained. To do.

好ましくは、前記逐次比較型A/D変換回路(120)は、容量値が異なる複数の容量素子(C〜CN−1)を含む容量アレイを用いて前記下位のビット範囲のA/D変換を実行し、前記β変換サイクリック型A/D変換回路(110)は、前記容量アレイを積分容量として使用して前記所定のビット範囲のA/D変換を実行することを特徴とする。 Preferably, the successive approximation type A / D conversion circuit (120) uses an A / D of the lower bit range by using a capacitance array including a plurality of capacitance elements (C 0 to C N-1 ) having different capacitance values. The conversion is performed, and the β conversion cyclic A / D conversion circuit (110) performs A / D conversion of the predetermined bit range using the capacitor array as an integration capacitor.

好ましくは、前記A/D変換器(100)は、複数の前記容量アレイ(1300)を有し、第1の容量アレイ(1300−1)を用いて、前記β変換サイクリック型A/D変換回路(110)が前記所定のビット範囲のA/D変換を実行した後、前記逐次比較型A/D変換回路(120)が前記下位のビット範囲のA/D変換を実行し、前記第1の容量アレイ(1300−1)を用いた前記下位のビット範囲のA/D変換が終了する前に、前記第1の容量アレイ(1300−1)とは異なる第2の容量アレイ(1300−2)を用いて、前記β変換サイクリック型A/D変換回路(110)が前記所定のビット範囲のA/D変換を開始するインタリーブ動作を行う。   Preferably, the A / D converter (100) includes a plurality of the capacitance arrays (1300), and the β conversion cyclic A / D conversion is performed using the first capacitance array (1300-1). After the circuit (110) performs A / D conversion of the predetermined bit range, the successive approximation A / D conversion circuit (120) performs A / D conversion of the lower bit range, and the first Before the A / D conversion of the lower bit range using the first capacitor array (1300-1), the second capacitor array (1300-2) different from the first capacitor array (1300-1) is completed. ), The β conversion cyclic A / D conversion circuit (110) performs an interleaving operation for starting A / D conversion of the predetermined bit range.

好ましくは、前記A/D変換器(100)に含まれる1つ以上の前記β変換サイクリック型A/D変換回路(110)は、前記β変換サイクリック型A/D変換回路(110)の入力ノードに予め定められた電圧を入力する入力回路(SW7)を有する。   Preferably, the one or more β conversion cyclic A / D conversion circuits (110) included in the A / D converter (100) are the β conversion cyclic A / D conversion circuits (110). An input circuit (SW7) for inputting a predetermined voltage to the input node is provided.

好ましくは、前記A/D変換器(100)は、前記β変換サイクリックA/D変換回路(110)で使用される基準電圧Vref1と、前記逐次比較型A/D変換回路(120)で使用される基準電圧Vref2と、前記β変換サイクリックA/D変換回路(110)と前記逐次比較型A/D変換回路(120)との間のオフセット電圧Voffと、の間にVref2≧Vref1+Voffの関係が成り立つように、Vref1及びVref2が設定されていることを特徴とする。   Preferably, the A / D converter (100) is used in the reference voltage Vref1 used in the β conversion cyclic A / D conversion circuit (110) and in the successive approximation type A / D conversion circuit (120). Vref2 ≧ Vref1 + Voff between the reference voltage Vref2 and the offset voltage Voff between the β conversion cyclic A / D conversion circuit (110) and the successive approximation A / D conversion circuit (120). Vref1 and Vref2 are set so that the following holds.

好ましくは、前記A/D変換器は、前記逐次比較型A/D変換回路(120)の基準電圧との大小比較を行う比較器(240)への入力となる信号比較ノードVxに接続されるD/A変換回路(3301)を有し、前記D/A変換回路(3301)の出力信号を用いて前記逐次比較型A/D変換回路(120)のオフセット電圧をキャンセルすることを特徴とする。   Preferably, the A / D converter is connected to a signal comparison node Vx serving as an input to a comparator (240) that performs a magnitude comparison with a reference voltage of the successive approximation A / D conversion circuit (120). A D / A conversion circuit (3301) is included, and the offset voltage of the successive approximation type A / D conversion circuit (120) is canceled using the output signal of the D / A conversion circuit (3301). .

好ましくは、前記A/D変換器(100)は、前記逐次比較型A/D変換回路(120)の信号比較ノードVxにディザー信号を入力する信号発生部(3501)を有する。   Preferably, the A / D converter (100) includes a signal generator (3501) that inputs a dither signal to the signal comparison node Vx of the successive approximation A / D converter circuit (120).

好ましくは、前記A/D変換器(100)は、前記逐次比較型A/D変換回路(120)による複数のA/D変換結果を平均化して、前記逐次比較型A/D変換回路(120)の実効分解能を向上させる平均処理部(3503)を有する。   Preferably, the A / D converter (100) averages a plurality of A / D conversion results by the successive approximation A / D converter circuit (120), and the successive approximation A / D converter circuit (120). ) Has an average processing unit (3503) for improving the effective resolution.

好ましくは、前記A/D変換器(100)は、前記逐次比較型A/D変換回路(120)で実行するA/D変換のビット長を変更するビット長制御部(3402)を有する。   Preferably, the A / D converter (100) includes a bit length control unit (3402) that changes a bit length of A / D conversion executed by the successive approximation A / D conversion circuit (120).

好ましくは、前記β変換サイクリック型A/D変換回路(110)は、比較対象となる比較電圧としきい値とを比較し、比較結果を示すデジタル値を出力する比較器(11)と、β(1<β<2)倍の増幅率を有し、前記比較器の比較結果に応じた所定の演算を実行して、前記残差信号を生成する演算増幅部(111)と、入力信号をサンプリングするとき、前記入力信号を前記比較電圧として出力し、前記サンプリングが終了した後、前記残差信号を前記比較電圧として出力する切替部(SW3)と、所定の電圧を前記A/D変換器(100)でA/D変換した結果を用いて、前記βの値を推定するβ値推定制御部(222)と、を有し、前記デジタル合成部(230)は、前記β変換サイクリック型A/D変換回路(110)による前記所定のビット範囲のβ進A/D変換結果を、前記β値推定制御部(222)が推定した前記βの値の推定結果を用いて、2進に変換した結果と、前記逐次比較型A/D変換回路(120)による前記下位のビット範囲のA/D変換結果とを合成し、2進のA/D変換結果を出力することを特徴とする。   Preferably, the β conversion cyclic A / D conversion circuit (110) compares a comparison voltage to be compared with a threshold value and outputs a digital value indicating a comparison result, and β An operational amplification unit (111) having an amplification factor of (1 <β <2), performing a predetermined calculation according to the comparison result of the comparator to generate the residual signal, and an input signal When sampling, the input signal is output as the comparison voltage, and after the sampling is completed, the switching unit (SW3) that outputs the residual signal as the comparison voltage, and a predetermined voltage is output to the A / D converter A β value estimation control unit (222) that estimates the value of β using the result of A / D conversion in (100), and the digital synthesis unit (230) is configured to perform the β conversion cyclic type. The predetermined by the A / D conversion circuit (110) The result of converting the β range A / D conversion result of the bit range into binary using the estimation result of the β value estimated by the β value estimation control unit (222), and the successive approximation type A / D The A / D conversion result of the lower bit range by the conversion circuit (120) is synthesized, and a binary A / D conversion result is output.

本発明によれば、β変換サイクリック型A/D変換回路を含む複数のA/D変換回路を組合せて、製造ばらつきによる誤動作が少なく、消費電力が少ないA/D変換器を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide an A / D converter that combines a plurality of A / D conversion circuits including a β-conversion cyclic A / D conversion circuit, reduces malfunction due to manufacturing variations, and consumes less power. it can.

一実施形態に係るA/D変換器の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the A / D converter which concerns on one Embodiment. 第1の実施形態に係るA/D変換器の回路構成の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the circuit structure of the A / D converter which concerns on 1st Embodiment. β変換サイクリックADCの動作の例について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the example of operation | movement of (beta) conversion cyclic ADC. β変換サイクリックADCのスイッチの設定例を示す図(1)である。It is a figure (1) which shows the example of a setting of the switch of beta conversion cyclic ADC. β変換サイクリックADCのスイッチの設定例を示す図(2)である。It is a figure (2) which shows the example of a setting of the switch of beta conversion cyclic ADC. 第1の実施形態に係るA/D変換器の処理の例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the example of a process of the A / D converter which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係るA/D変換器の処理タイミングの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the process timing of the A / D converter which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係るA/D変換器のスイッチの設定例を示す図(1)である。It is a figure (1) which shows the example of a setting of the switch of the A / D converter concerning a 1st embodiment. 第1の実施形態に係るA/D変換器のスイッチの設定例を示す図(2)である。It is FIG. (2) which shows the example of a setting of the switch of the A / D converter which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係るA/D変換器のスイッチの設定例を示す図(3)である。It is a figure (3) which shows the example of a setting of the switch of the A / D converter concerning a 1st embodiment. 第1の実施形態に係るA/D変換器のスイッチの設定例を示す図(4)である。It is a figure (4) which shows the example of a setting of the switch of the A / D converter concerning a 1st embodiment. 第1の実施形態に係るA/D変換器のスイッチの設定例を示す図(5)である。It is FIG. (5) which shows the example of a setting of the switch of the A / D converter which concerns on 1st Embodiment. 第2の実施形態に係るA/D変換器の回路構成の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the circuit structure of the A / D converter which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係る容量アレイの回路構成の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the circuit structure of the capacity | capacitance array which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係るA/D変換器の処理の例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the example of a process of the A / D converter which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係るA/D変換器の処理タイミングの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the process timing of the A / D converter which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係るA/D変換器のスイッチの設定例を示す図(1)である。It is a figure (1) which shows the example of a setting of the switch of the A / D converter concerning a 2nd embodiment. 第2の実施形態に係るA/D変換器のスイッチの設定例を示す図(2)である。It is FIG. (2) which shows the example of a setting of the switch of the A / D converter which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係るA/D変換器のスイッチの設定例を示す図(3)である。It is FIG. (3) which shows the example of a setting of the switch of the A / D converter which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係るA/D変換器のスイッチの設定例を示す図(4)である。It is FIG. (4) which shows the example of a setting of the switch of the A / D converter which concerns on 2nd Embodiment. 第3の実施形態に係るA/D変換器の回路構成の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the circuit structure of the A / D converter which concerns on 3rd Embodiment. 第3の実施形態に係るA/D変換器の処理の例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the example of a process of the A / D converter which concerns on 3rd Embodiment. 第2の実施形態に係るA/D変換器の処理タイミングの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the process timing of the A / D converter which concerns on 2nd Embodiment. 第3の実施形態に係るA/D変換器のスイッチの設定例を示す図(1)である。It is FIG. (1) which shows the example of a setting of the switch of the A / D converter which concerns on 3rd Embodiment. 第3の実施形態に係るA/D変換器のスイッチの設定例を示す図(2)である。It is FIG. (2) which shows the example of a setting of the switch of the A / D converter which concerns on 3rd Embodiment. 第3の実施形態に係るA/D変換器のスイッチの設定例を示す図(3)である。It is FIG. (3) which shows the example of a setting of the switch of the A / D converter which concerns on 3rd Embodiment. 第3の実施形態に係るA/D変換器のスイッチの設定例を示す図(4)である。It is FIG. (4) which shows the example of a setting of the switch of the A / D converter which concerns on 3rd Embodiment. 第3の実施形態に係るA/D変換器のスイッチの設定例を示す図(5)である。It is a figure (5) which shows the example of a setting of the switch of the A / D converter which concerns on 3rd Embodiment. 第3の実施形態に係るA/D変換器のスイッチの設定例を示す図(6)である。It is a figure (6) which shows the example of a setting of the switch of the A / D converter which concerns on 3rd Embodiment. 第4の実施形態に係るA/D変換器の回路構成の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the circuit structure of the A / D converter which concerns on 4th Embodiment. 第4の実施形態に係るβ変換パイプラインA/D変換器の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the beta conversion pipeline A / D converter which concerns on 4th Embodiment. 第4の実施形態に係る基準電圧について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the reference voltage which concerns on 4th Embodiment. 第5の実施形態に係るA/D変換器の回路構成の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the circuit structure of the A / D converter which concerns on 5th Embodiment. 第6の実施形態に係るA/D変換器の回路構成の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the circuit structure of the A / D converter which concerns on 6th Embodiment. 第7の実施形態に係るA/D変換器の回路構成の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the circuit structure of the A / D converter which concerns on 7th Embodiment. 回路が低ノイズの場合のA/D変換のイメージを示す図である。It is a figure which shows the image of A / D conversion in case a circuit is low noise. 回路が高ノイズの場合のA/D変換のイメージを示す図である。It is a figure which shows the image of A / D conversion in case a circuit is high noise. 回路が低ノイズでディザー信号を印加した場合のA/D変換のイメージを示す図である。It is a figure which shows the image of A / D conversion when a circuit applies a dither signal with low noise. β変換パイプラインADCの構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of (beta) conversion pipeline ADC.

以下に、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

<A/D変換器の構成>
図1は、一実施形態に係るA/D変換器の構成例を示す図である。A/D変換器(アナログ−デジタル変換器)100は、アナログ信号をデジタル信号に変換する装置(又は回路)であり、アナログの入力信号Vinを所定のビット数のデジタル信号Doutに変換して出力する。
<Configuration of A / D converter>
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of an A / D converter according to an embodiment. The A / D converter (analog-to-digital converter) 100 is a device (or circuit) that converts an analog signal into a digital signal, converts the analog input signal Vin into a digital signal Dout having a predetermined number of bits, and outputs it. To do.

図1(a)は、一実施形態に係るA/D変換器100の一例を示している。A/D変換器100は、β変換サイクリックADC(Analog to Digital Converter)110、逐次比較ADC120、及びデジタル合成+β値推定部130を有する。A/D変換器100は、回路の精度が要求される上位ビットのA/D変換を担当するA/D変換回路として、β(1<β<2)進のβ変換サイクリックADC110(β変換サイクリック型A/D変換回路)を適用する。また、回路の精度の要求が緩和される下位ビットのA/D変換を担当するA/D変換回路として、例えば、2進の逐次比較ADC120(逐次比較型A/D変換回路)を適用する。なお、逐次比較ADC120は、2進の逐次比較ADCに限られず、2進以下の逐次比較ADCを用いるものであれば良い。   FIG. 1A shows an example of an A / D converter 100 according to an embodiment. The A / D converter 100 includes a β conversion cyclic ADC (Analog to Digital Converter) 110, a successive approximation ADC 120, and a digital synthesis + β value estimation unit 130. The A / D converter 100 is a β (1 <β <2) base β conversion cyclic ADC 110 (β conversion) as an A / D conversion circuit in charge of A / D conversion of upper bits that require circuit accuracy. A cyclic A / D converter circuit) is applied. In addition, as an A / D conversion circuit in charge of A / D conversion of lower-order bits that reduces the accuracy requirement of the circuit, for example, a binary successive approximation ADC 120 (successive comparison type A / D conversion circuit) is applied. Note that the successive approximation ADC 120 is not limited to a binary successive approximation ADC, and may be any one that uses a binary or lower successive approximation ADC.

この2つのA/D変換方式を組合せたA/D変換器100には、β変換サイクリックADC110から出力されるデジタルビットと、逐次比較ADC120から出力されるデジタルビットとを合成するデジタル合成部が必要になる。また、A/D変換器100には、実際にチップ上で実現されたβの値を推定するβ値推定動作、及びβ値推定アルゴリズムを実行するβ推定制御部が必要になる。図1の例では、デジタル合成+β値推定部130に、このデジタル合成部とβ推定制御部とが含まれている。   The A / D converter 100 that combines these two A / D conversion methods includes a digital synthesis unit that synthesizes the digital bits output from the β conversion cyclic ADC 110 and the digital bits output from the successive approximation ADC 120. I need it. Further, the A / D converter 100 requires a β value estimation operation for estimating the value of β actually realized on the chip and a β estimation control unit for executing the β value estimation algorithm. In the example of FIG. 1, the digital synthesis + β value estimation unit 130 includes the digital synthesis unit and the β estimation control unit.

図1(b)は、一実施形態に係るA/D変換器100の別の一例を示している。図1(b)に示すように、上位ビットのA/D変換を実現するβ変換サイクリックADCは、複数段のβ変換サイクリックADC110−1、110−2、・・・で構成されるものであっても良い。また、下位ビットのA/D変換を実現する逐次比較ADC120は、1段以上の逐次比較ADC120であって良い。   FIG. 1B shows another example of the A / D converter 100 according to an embodiment. As shown in FIG. 1B, the β conversion cyclic ADC that realizes A / D conversion of the upper bits is composed of a plurality of stages of β conversion cyclic ADCs 110-1, 110-2,. It may be. Further, the successive approximation ADC 120 that realizes A / D conversion of the lower bits may be a one or more successive approximation ADC 120.

つまり、A/D変換器100は、所定のビット範囲のA/D変換を担当するA/D変換回路にβ変換サイクリックADC110を適用し、所定のビット範囲より下位のビット範囲のA/D変換回路に逐次比較ADC120を適用するものであれば良い。この場合、A/D変換器100は、β変換サイクリックADC110による所定のビット範囲のA/D変換結果と、所定のビット範囲のA/D変換後の残差信号を逐次比較ADC120でA/D変換した下位のビット範囲のA/D変換結果とを合成し、A/D変換器100が出力するA/D変換結果を得る。   That is, the A / D converter 100 applies the β conversion cyclic ADC 110 to the A / D conversion circuit in charge of A / D conversion of a predetermined bit range, and the A / D of a bit range lower than the predetermined bit range. What is necessary is just to apply the successive approximation ADC 120 to the conversion circuit. In this case, the A / D converter 100 uses the successive approximation ADC 120 to convert the A / D conversion result of the predetermined bit range by the β conversion cyclic ADC 110 and the A / D converted residual signal of the predetermined bit range by the successive approximation ADC 120. The A / D conversion result of the lower bit range obtained by D conversion is synthesized, and the A / D conversion result output from the A / D converter 100 is obtained.

続いて、複数の実施形態を例示して、A/D変換器100の具体的な構成について説明する。   Next, a specific configuration of the A / D converter 100 will be described by exemplifying a plurality of embodiments.

[第1の実施形態]
<A/D変換器の構成>
図2は、第1の実施形態に係るA/D変換器の回路構成の例を示す図である。図2において、A/D変換器100は、図1(a)に示すA/D変換器100に対応しており、β変換サイクリックADC110、逐次比較ADC120、基準電圧発生回路210、全体制御部220、及びデジタル合成部230等を含む。
[First Embodiment]
<Configuration of A / D converter>
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of the A / D converter according to the first embodiment. 2, an A / D converter 100 corresponds to the A / D converter 100 shown in FIG. 1A, and includes a β conversion cyclic ADC 110, a successive approximation ADC 120, a reference voltage generation circuit 210, and an overall control unit. 220, a digital synthesis unit 230, and the like.

(β変換サイクリックADCの構成)
β変換サイクリックADC110(以下、第1のADCと呼ぶ)は、β進(非2進)のA/D変換回路であり、例えば、図2に示すように、比較器11、DAC部12、演算増幅器13、容量素子14a、14b、及び複数のスイッチSW1〜SW7等を含む。
(Configuration of β conversion cyclic ADC)
A β conversion cyclic ADC 110 (hereinafter referred to as a first ADC) is a β-ary (non-binary) A / D conversion circuit. For example, as shown in FIG. 2, a comparator 11, a DAC unit 12, It includes an operational amplifier 13, capacitive elements 14a and 14b, and a plurality of switches SW1 to SW7.

第1のADC110は、2進符号化によりデジタル信号を符号化するものではなく、例えば、特許文献1に示されるように、1よりも大きく2よりも小さい数であるβの値を使用するβ進符号化によりデジタル信号を符号化する。   The first ADC 110 does not encode a digital signal by binary encoding. For example, as shown in Patent Document 1, β that uses a value of β that is a number larger than 1 and smaller than 2 is used. A digital signal is encoded by hexadecimal encoding.

比較器(Sub−ADC)11は、予め定められたしきい値電圧(図2の例ではVCM)と、スイッチSW3(切替部)から出力されるサンプリング電圧Vsとを比較して、比較結果を示す1ビットのデジタル信号を出力する。比較器11は、例えば、コンパレータ等によって実現される。   The comparator (Sub-ADC) 11 compares a predetermined threshold voltage (VCM in the example of FIG. 2) with the sampling voltage Vs output from the switch SW3 (switching unit), and compares the comparison result. A 1-bit digital signal is output. The comparator 11 is realized by, for example, a comparator.

比較器11は、例えば、比較対象となるサンプリング電圧VsがVCMより高い場合、「1」を出力し、サンプリング電圧VsがVCM以下の場合、「0」を出力する。なお、VCMは、例えば、第1のADC110におけるフルスケール電圧Vfs(基準電圧+Vref〜−Vref)の中央値(例えば0V)である。   For example, the comparator 11 outputs “1” when the sampling voltage Vs to be compared is higher than VCM, and outputs “0” when the sampling voltage Vs is equal to or lower than VCM. Note that VCM is, for example, the median value (for example, 0 V) of the full-scale voltage Vfs (reference voltage + Vref to −Vref) in the first ADC 110.

DAC部12は、比較器11の比較結果に応じて、基準電圧+Vref、又は−Vrefを選択的に出力する回路であり、例えば、マルチプレクサ等によって実現される。DAC部12は、比較器11により、サンプリング電圧VsがVCMより高いと判定された場合+Vrefを出力し、サンプリング電圧VsがVCMより低いと判定された場合−Vrefを出力する。   The DAC unit 12 is a circuit that selectively outputs the reference voltage + Vref or −Vref according to the comparison result of the comparator 11, and is realized by, for example, a multiplexer. The DAC unit 12 outputs + Vref when the comparator 11 determines that the sampling voltage Vs is higher than VCM, and outputs −Vref when it is determined that the sampling voltage Vs is lower than VCM.

演算増幅部111は、β(1<β<2)倍の増幅率(利得)を有し、比較器11の比較結果に応じた所定の演算を実行して、残差信号Vresを生成する回路であり、例えば、オペアンプ等によって実現される。なお、演算増幅部111の増幅率を表すβの値は、容量素子14aの容量値Caと、容量素子14bの容量値Cbとの比により、1<β<2となるように予め設定されているものとする。   The operational amplifier 111 has a gain (gain) that is β (1 <β <2) times, and performs a predetermined calculation according to the comparison result of the comparator 11 to generate a residual signal Vres. For example, it is realized by an operational amplifier or the like. Note that the value of β representing the amplification factor of the operational amplifier 111 is set in advance so that 1 <β <2 by the ratio of the capacitance value Ca of the capacitive element 14a and the capacitance value Cb of the capacitive element 14b. It shall be.

容量素子14aは容量値Caの容量素子であり、容量素子14bは容量値Cbの容量素子である。容量素子14a、14bは、例えば、コンデンサ等によって実現される。   The capacitive element 14a is a capacitive element having a capacitance value Ca, and the capacitive element 14b is a capacitive element having a capacitance value Cb. The capacitive elements 14a and 14b are realized by, for example, capacitors.

スイッチSW1〜SW7は、全体制御部220の制御により、信号の接続と切断を切替えるスイッチ素子である。β変換サイクリックADCには3つの動作状態があり、全体制御部220は、各動作状態に応じた接続状態となるようにスイッチSW1〜SW7を切替える。   The switches SW <b> 1 to SW <b> 7 are switch elements that switch connection and disconnection of signals under the control of the overall control unit 220. The β conversion cyclic ADC has three operation states, and the overall control unit 220 switches the switches SW1 to SW7 so as to be in a connection state corresponding to each operation state.

(β変換サイクリックADCの動作)
ここで、図3〜5を用いて、第1のADC110の動作について説明する。図3は、β変換サイクリックADCの動作の例について説明するための図である。また、図4、5は、第1のADC110の各スイッチの設定例を示す図である。
(Operation of β conversion cyclic ADC)
Here, the operation of the first ADC 110 will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a diagram for explaining an example of the operation of the β conversion cyclic ADC. 4 and 5 are diagrams illustrating setting examples of the switches of the first ADC 110. FIG.

図3(a)は、第1のADC110のA/D変換処理の流れを示すフローチャートである。   FIG. 3A is a flowchart showing a flow of A / D conversion processing of the first ADC 110.

ステップS301において、全体制御部220は、第1のADC110のスイッチSW1〜SW6を、例えば、図4(a)に示すように切替えることにより、第1のADC110の入力信号Vinを容量素子14a(Ca)、及び容量素子14b(Cb)にサンプリングする。以下の説明の中で、この状態を動作状態(A)と呼ぶ。   In step S301, the overall control unit 220 switches the switches SW1 to SW6 of the first ADC 110 as shown in FIG. 4A, for example, thereby changing the input signal Vin of the first ADC 110 to the capacitive element 14a (Ca ) And the capacitor element 14b (Cb). In the following description, this state is referred to as an operation state (A).

動作状態(A)において、全体制御部220は、図4(a)に示すように、容量素子14bがVinに接続されるようにスイッチSW1を制御し、容量素子14aがVinに接続されるようにスイッチSW2を制御する。また、全体制御部220は、比較器11にサンプル電圧Vs(比較電圧)として、Vinが入力されるようにスイッチSW3を制御する。さらに、全体制御部220は、スイッチSW4を切断し、スイッチSW5、SW6を接続するように制御する。   In the operation state (A), as shown in FIG. 4A, the overall control unit 220 controls the switch SW1 so that the capacitive element 14b is connected to Vin, so that the capacitive element 14a is connected to Vin. The switch SW2 is controlled. Further, the overall control unit 220 controls the switch SW3 so that Vin is input to the comparator 11 as the sample voltage Vs (comparison voltage). Further, the overall control unit 220 controls to disconnect the switch SW4 and connect the switches SW5 and SW6.

なお、全体制御部220は、βの値を推定するβ値推定動作を行うときのみ、第1のADC110にVCMを入力するようにスイッチSW7を制御するものとし、ここでは、第1のADC110にVinが入力されるように、固定的にSW7が設定されているものとする。   Note that the overall control unit 220 controls the switch SW7 so that the VCM is input to the first ADC 110 only when performing the β value estimation operation for estimating the value of β. It is assumed that SW7 is fixedly set so that Vin is input.

図3(b)は、第1のADC110のA/D変換処理のタイミングを示す図である。図3(b)に示すように、最初の動作状態(A)の終了時、比較器11の比較結果が更新され、1番目の出力ビット(最上位ビット)bが出力される。 FIG. 3B is a diagram illustrating the timing of the A / D conversion process of the first ADC 110. As shown in FIG. 3B, at the end of the first operation state (A), the comparison result of the comparator 11 is updated and the first output bit (most significant bit) b 0 is output.

その後、ステップS302において、全体制御部220は、第1のADC110のスイッチSW1〜SW6を、例えば、図4(b)に示すように切替えることにより、比較器11の比較結果に応じて信号を増幅する信号増幅動作を実行する。以下の説明の中で、この状態を動作状態(B)と呼ぶ。   Thereafter, in step S302, the overall control unit 220 amplifies the signal according to the comparison result of the comparator 11 by switching the switches SW1 to SW6 of the first ADC 110 as shown in FIG. 4B, for example. A signal amplification operation is performed. In the following description, this state is referred to as an operation state (B).

動作状態(B)において、全体制御部220は、図4(b)に示すように、容量素子14bが演算増幅部111から出力される残差信号Vresに接続されるようにスイッチSW1を制御する。また、全体制御部220は、容量素子14aが、DAC部12の出力に接続されるようにスイッチSW2を制御する。さらに、全体制御部220は、比較器11にサンプル電圧Vsとして、Vresを入力するようにスイッチSW3を制御する。さらにまた、全体制御部220は、スイッチSW4、SW5を切断し、スイッチSW6を接続するように制御する。   In the operating state (B), the overall control unit 220 controls the switch SW1 so that the capacitive element 14b is connected to the residual signal Vres output from the operational amplification unit 111, as shown in FIG. 4B. . Further, the overall control unit 220 controls the switch SW2 so that the capacitive element 14a is connected to the output of the DAC unit 12. Further, the overall control unit 220 controls the switch SW3 so as to input Vres as the sample voltage Vs to the comparator 11. Furthermore, the overall control unit 220 controls to disconnect the switches SW4 and SW5 and connect the switch SW6.

この動作状態(B)において、比較器11でサンプル電圧Vsが、VCMより高いと判定された場合、演算増幅部111は、容量素子14aにサンプリングされた電圧をVres'とすると、出力電圧Vres=Vres'×β+(1−β)Vrefを出力する。一方、比較器11でサンプル電圧Vsが、VCMより低いと判定された場合、演算増幅部111は、出力電圧Vres=Vres'×β+(β−1)Vrefを出力する。   In this operating state (B), when the comparator 11 determines that the sample voltage Vs is higher than VCM, the operational amplifier 111 assumes that the voltage sampled in the capacitive element 14a is Vres ′, and the output voltage Vres = Vres ′ × β + (1−β) Vref is output. On the other hand, when the comparator 11 determines that the sample voltage Vs is lower than VCM, the operational amplifier 111 outputs the output voltage Vres = Vres ′ × β + (β−1) Vref.

ステップS303において、全体制御部220は、第1のADC110のスイッチSW1〜SW6を、例えば、図5に示すように切替えることにより、サイクリックサンプリング動作を実行する。以下の説明の中で、この状態を動作状態(C)と呼ぶ。   In step S303, the overall control unit 220 performs a cyclic sampling operation by switching the switches SW1 to SW6 of the first ADC 110, for example, as shown in FIG. In the following description, this state is referred to as an operation state (C).

動作状態(C)において、全体制御部220は、図5に示すように、容量素子14bが残差信号Vresに接続されるようにスイッチSW1を制御し、容量素子14aが残差信号Vresに接続されるようにスイッチSW2を制御する。また、全体制御部220は、比較器11にサンプル電圧Vsとして、残差信号Vresを出力するようにスイッチSW3を制御する。さらに、全体制御部220は、スイッチSW4を接続し、スイッチSW5、SW6を切断するように制御する。   In the operation state (C), as shown in FIG. 5, the overall control unit 220 controls the switch SW1 so that the capacitive element 14b is connected to the residual signal Vres, and the capacitive element 14a is connected to the residual signal Vres. The switch SW2 is controlled as described above. Further, the overall control unit 220 controls the switch SW3 so as to output a residual signal Vres as the sample voltage Vs to the comparator 11. Further, the overall control unit 220 controls the switch SW4 to be connected and the switches SW5 and SW6 to be disconnected.

この動作状態(C)において、第1のADC110は、ステップS302の信号増幅動作で作り出した容量素子14bに蓄えられている残差信号Vresを、入力側の容量素子14aにサンプリングする。   In this operation state (C), the first ADC 110 samples the residual signal Vres stored in the capacitive element 14b created by the signal amplification operation in step S302 in the capacitive element 14a on the input side.

このとき、図3(b)に示すように、最初の動作状態(C)の終了時、比較器11の比較結果が更新され、2番目の出力ビットbが出力される。 At this time, as shown in FIG. 3B, at the end of the first operation state (C), the comparison result of the comparator 11 is updated, and the second output bit b 1 is output.

ステップS304において、全体制御部220は、所定のビット数X(例えば5ビット)が得られたかを判断する。   In step S304, the overall control unit 220 determines whether a predetermined number of bits X (for example, 5 bits) has been obtained.

所定のビット数の出力ビットB(=b、b、...、bx-1)が得られた場合、全体制御部220は、1回分のA/D変換処理を終了させる。一方、所定のビット数が得られていない場合、全体制御部220は、処理をステップS302に戻して、同様の処理を再び実行する。 When the output bits B x (= b 0 , b 1 ,..., B x−1 ) having a predetermined number of bits are obtained, the overall control unit 220 ends one A / D conversion process. On the other hand, if the predetermined number of bits is not obtained, the overall control unit 220 returns the process to step S302 and executes the same process again.

(逐次比較ADC)
逐次比較ADC120(以下、第2のADCと呼ぶ)は、2進(バイナリ)の重み付値を持つN個(Nは2以上の整数)の容量素子C〜CN−1と1つのダミー容量素子Cを含む容量アレイ、比較器240、SAR250、スイッチSW10、スイッチアレイSW_SAR、SW_Vres等を有する。
(Successive comparison ADC)
The successive approximation ADC 120 (hereinafter referred to as a second ADC) includes N capacitive elements C 0 to C N−1 having a binary (binary) weighted value and an dummy. capacitor array including a capacitor C d, the comparator 240, SAR250, a switch SW10, switch array SW_SAR, SW_Vres like.

なお、説明を容易にするため2進の重み付値を持つ容量素子を用いた構成で説明したが、容量素子C〜CN−1、Cは、単位容量の容量素子の組合せで構成しても良い。 For the sake of simplicity, the description has been made with the configuration using the capacitive element having the binary weighted value. However, the capacitive elements C 0 to C N−1 and C d are configured by a combination of capacitive elements of unit capacitance. You may do it.

第2のADC120は、SAR(逐次比較レジスタ)250の出力論理に従って、+Vref、−Vrefに接続されるスイッチの出力が同じ論理(DN−1,・・・,D,D)になるようにスイッチを切替える。SAR250は、上位ビット(DN−1)側から順次、スイッチを切替えることにより、出力電圧Vxを変更し、2分法でA/D変換値を特定する逐次比較A/D変換を行う。 According to the output logic of the SAR (successive approximation register) 250, the second ADC 120 has the same logic (D N−1 ,..., D 0 , D d ) as the outputs of the switches connected to + Vref and −Vref. Switch the switch as follows. The SAR 250 changes the output voltage Vx by sequentially switching the switches from the upper bit (D N-1 ) side, and performs successive approximation A / D conversion that specifies an A / D conversion value by a bisection method.

比較器240は、予め定められたしきい値電圧(例としてVCM)と、出力電圧Vx(以後、この電圧Vxが入力される端子を電圧比較ノードと呼ぶ)を比較して、比較結果を示す1ビットのデジタル値dを出力する。比較器240は、SAR(逐次比較レジスタ)250の出力に従って所定のビット数Yの出力ビットDy(=d、d、...、dY-1)を得る。 The comparator 240 compares a predetermined threshold voltage (for example, V CM ) with an output voltage Vx (hereinafter, a terminal to which the voltage Vx is input is referred to as a voltage comparison node), and compares the comparison result. and outputs a 1-bit digital values d Y shown. The comparator 240 obtains output bits Dy (= d 0 , d 1 ,..., D Y−1 ) having a predetermined number of bits Y according to the output of the SAR (successive approximation register) 250.

また、全体制御部220は、スイッチアレイSW_Vresに含まれる各スイッチを接続することにより、第1のADC110で上位ビットのA/D変換を実行した後の残差信号Vresを、第2のADC120の入力信号として入力する。これにより、第2のADC120は、入力された残差信号VresのA/D変換を実行し、下位ビットを特定する。   In addition, the overall control unit 220 connects the switches included in the switch array SW_Vres, so that the residual signal Vres after the A / D conversion of the upper bits in the first ADC 110 is performed by the second ADC 120. Input as an input signal. As a result, the second ADC 120 performs A / D conversion of the input residual signal Vres to identify the lower bits.

(基準電圧発生回路)
基準電圧発生回路210は、基準電圧+Vref、−Vref、及び+Vref〜−Vrefの中央値VCM(例えば0V)を生成する。
(Reference voltage generation circuit)
The reference voltage generation circuit 210 generates a reference value + Vref, −Vref, and a median value VCM (for example, 0 V) of + Vref to −Vref.

(全体制御部)
全体制御部220は、スイッチ制御部221、β値推定制御部222、AD変換制御部223を有する。
(Overall control unit)
The overall control unit 220 includes a switch control unit 221, a β value estimation control unit 222, and an AD conversion control unit 223.

スイッチ制御部221は、β値推定制御部222、又はAD変換制御部223の制御に従って、スイッチSW1〜SW7、SW10、及びスイッチアレイSW_Vres等の接続/切断を制御する制御信号を出力する。   The switch control unit 221 outputs a control signal for controlling connection / disconnection of the switches SW1 to SW7, SW10, the switch array SW_Vres, and the like according to the control of the β value estimation control unit 222 or the AD conversion control unit 223.

β値推定制御部222は、実際にチップ上で実現された演算増幅部111の増幅率βの値を推定する。例えば、β値推定制御部222は、スイッチSW7を制御して、A/D変換器100の入力に基準電圧+Vref、−Vrefの中央値VCMを入力させて、A/D変換を実行する。また、β値推定制御部222は、A/D変換を実行した結果得られた、最初のビットがゼロから始まるA/D変換結果と、最初のビットが1から始まるA/D変換結果とが等しいことに着目して、βの値を推定する。   The β value estimation control unit 222 estimates the value of the amplification factor β of the operational amplification unit 111 actually realized on the chip. For example, the β value estimation control unit 222 controls the switch SW7 to input the median value VCM of the reference voltages + Vref and −Vref to the input of the A / D converter 100, and executes A / D conversion. Further, the β value estimation control unit 222 obtains an A / D conversion result starting from zero and an A / D conversion result starting from 1 as the first bit obtained as a result of executing the A / D conversion. Focusing on the equality, the value of β is estimated.

AD変換制御部223は、スイッチ制御部221を用いて、スイッチSW1〜SW7、SW10、及びスイッチアレイSW_Vresの接続、切断を制御し、A/D変換器100におけるA/D変換を制御する。   The AD conversion control unit 223 uses the switch control unit 221 to control connection / disconnection of the switches SW1 to SW7, SW10 and the switch array SW_Vres, and controls A / D conversion in the A / D converter 100.

(デジタル合成部)
デジタル合成部230は、Radix変換部231、加算器232を有する。
(Digital synthesis part)
The digital synthesis unit 230 includes a Radix conversion unit 231 and an adder 232.

Radix変換部231は、β変換サイクリックADC110から出力されるβ進デジタルビットBを、β値推定制御部222によるβ値の推定結果を用いて、β進から2進へRadixを変換した2進デジタルビットDBを生成する。 Radix conversion unit 231, a β advance digital bit B x output from the β transformation cyclic ADC 110, using the estimated results of the β value by β value estimation control unit 222, and converts the Radix from β proceeds to binary 2 The base digital bit DB x is generated.

加算器232は、Radix変換部231が生成した2進デジタルビットDBと、逐次比較ADC120から出力されるデジタルビットDとを加算して、2進のデジタル出力信号Doutを生成する。 The adder 232 adds the binary digital bit DB x generated by the Radix conversion unit 231 and the digital bit D y output from the successive approximation ADC 120 to generate a binary digital output signal Dout.

<処理の流れ>
続いて、A/D変換器100によるA/D変換の処理の流れについて説明する。
<Process flow>
Next, the flow of A / D conversion processing by the A / D converter 100 will be described.

図6は、第1の実施形態に係るA/D変換器の処理の例を示すフローチャートである。図6において、ステップS601〜S605の処理610は、第1のADC110による処理を示しており、ステップS606、S607に示す処理620は、第2のADC120による処理を示している。なお、図6のステップS601〜S604の処理は、図3(a)のステップS301〜S304の処理に対応しているので、ここでは詳細な説明は省略する。   FIG. 6 is a flowchart illustrating an example of processing of the A / D converter according to the first embodiment. In FIG. 6, processing 610 in steps S601 to S605 indicates processing by the first ADC 110, and processing 620 illustrated in steps S606 and S607 indicates processing by the second ADC 120. Note that the processing in steps S601 to S604 in FIG. 6 corresponds to the processing in steps S301 to S304 in FIG.

ステップS601において、全体制御部220のAD変換制御部223は、入力信号Vinを容量素子14a(Ca)、及び容量素子14b(Cb)にサンプリングするサンプリング動作を実行する。例えば、AD変換制御部223は、スイッチ制御部221を用いて、A/D変換器100のスイッチSW1〜SW6、SW10、及びスイッチアレイSW_Vresを、図8に示すように切替える。以下の説明の中で、この状態を動作状態(A)と呼ぶ。   In step S601, the AD conversion control unit 223 of the overall control unit 220 performs a sampling operation for sampling the input signal Vin into the capacitive element 14a (Ca) and the capacitive element 14b (Cb). For example, the AD conversion control unit 223 uses the switch control unit 221 to switch the switches SW1 to SW6 and SW10 and the switch array SW_Vres of the A / D converter 100 as illustrated in FIG. In the following description, this state is referred to as an operation state (A).

動作状態(A)において、全体制御部220のAD変換制御部223は、第1のADC110のスイッチSW1〜SW6を、図4(a)で前述したように設定する。また、AD変換制御部223は、SW10、及びスイッチアレイSW_Vresを切断状態に制御する。これにより、第1のADC110の容量素子14a、14bに、入力信号Vinがサンプリングされる。   In the operation state (A), the AD conversion control unit 223 of the overall control unit 220 sets the switches SW1 to SW6 of the first ADC 110 as described above with reference to FIG. The AD conversion control unit 223 controls the SW 10 and the switch array SW_Vres to be in a disconnected state. As a result, the input signal Vin is sampled in the capacitive elements 14 a and 14 b of the first ADC 110.

なお、AD変換制御部223は、A/D変換動作の間、スイッチSW7を、第1のADC110にVinを入力させるように制御し、切替えを行わないものとする。   Note that the AD conversion control unit 223 controls the switch SW7 to input Vin to the first ADC 110 during the A / D conversion operation, and does not perform switching.

図7は、A/D変換器100の処理タイミングの例を示す図である。図7に示すように、時間t1に動作状態(A)で入力信号Vin1のサンプリングが終了すると、比較器11の比較結果が更新され、最上位ビットであるbitn−1が出力される。 FIG. 7 is a diagram illustrating an example of processing timing of the A / D converter 100. As shown in FIG. 7, when the sampling of the input signal Vin1 is completed in the operation state (A) at time t1, the comparison result of the comparator 11 is updated, and bit n-1 which is the most significant bit is output.

ステップS602において、全体制御部220のAD変換制御部223は、比較器11の比較結果に応じて信号を増幅する信号増幅動作を実行する。例えば、AD変換制御部223は、スイッチ制御部221を用いて、A/D変換器100のスイッチSW1〜SW6、SW10、及びスイッチアレイSW_Vresを、図9に示すように切替える。以下の説明の中で、この状態を動作状態(B)と呼ぶ。   In step S <b> 602, the AD conversion control unit 223 of the overall control unit 220 performs a signal amplification operation for amplifying a signal according to the comparison result of the comparator 11. For example, the AD conversion control unit 223 uses the switch control unit 221 to switch the switches SW1 to SW6 and SW10 and the switch array SW_Vres of the A / D converter 100 as illustrated in FIG. In the following description, this state is referred to as an operation state (B).

動作状態(B)において、全体制御部220のAD変換制御部223は、第1のADC110のスイッチSW1〜SW6を、図4(b)で前述したように設定する。また、AD変換制御部223は、SW10、及びスイッチアレイSW_Vresの切断状態を維持する。これにより、第1のADC110は、比較器11の比較結果に応じて信号を増幅し、残差信号Vresを、容量素子14bに蓄える。   In the operation state (B), the AD conversion control unit 223 of the overall control unit 220 sets the switches SW1 to SW6 of the first ADC 110 as described above with reference to FIG. In addition, the AD conversion control unit 223 maintains the disconnected state of the SW 10 and the switch array SW_Vres. Thereby, the first ADC 110 amplifies the signal according to the comparison result of the comparator 11, and stores the residual signal Vres in the capacitive element 14b.

ステップS603において、全体制御部220のAD変換制御部223は、サイクリックサンプリング動作を実行する。例えば、AD変換制御部223は、スイッチ制御部221を用いて、A/D変換器100のスイッチSW1〜SW6、SW10、及びスイッチアレイSW_Vresを、図10に示すように切替える。以下の説明の中で、この状態を動作状態(C)と呼ぶ。   In step S603, the AD conversion control unit 223 of the overall control unit 220 performs a cyclic sampling operation. For example, the AD conversion control unit 223 uses the switch control unit 221 to switch the switches SW1 to SW6 and SW10 and the switch array SW_Vres of the A / D converter 100 as illustrated in FIG. In the following description, this state is referred to as an operation state (C).

動作状態(C)において、全体制御部220のAD変換制御部223は、第1のADC110のスイッチSW1〜SW6を、図5で前述したように設定する。また、AD変換制御部223は、SW10、及びスイッチアレイSW_Vresの切断状態を維持する。これにより、ステップS602で容量素子14bに蓄えられた残差信号Vresが、入力側の容量素子14aにサンプリングされる。   In the operation state (C), the AD conversion control unit 223 of the overall control unit 220 sets the switches SW1 to SW6 of the first ADC 110 as described above with reference to FIG. In addition, the AD conversion control unit 223 maintains the disconnected state of the SW 10 and the switch array SW_Vres. As a result, the residual signal Vres stored in the capacitive element 14b in step S602 is sampled in the capacitive element 14a on the input side.

図7に示すように、初回の動作状態(C)の終了時、比較器11の比較結果が更新され、bitn−2が出力される。 As shown in FIG. 7, at the end of the first operation state (C), the comparison result of the comparator 11 is updated and bit n-2 is output.

ステップS604において、全体制御部220のAD変換制御部223は、所定のビット数(図7の例ではn−kビット)が得られたかを判断する。   In step S604, the AD conversion control unit 223 of the overall control unit 220 determines whether a predetermined number of bits (n−k bits in the example of FIG. 7) has been obtained.

所定のビット数が得られていない場合、AD変換制御部223は、所定のビット数が得られるまで、ステップS602〜S604の処理を繰り返し実行する。一方、所定のビット数が得られた場合、AD変換制御部223は、処理をステップS605に移行させる。   When the predetermined number of bits is not obtained, the AD conversion control unit 223 repeatedly executes the processes of steps S602 to S604 until the predetermined number of bits is obtained. On the other hand, when the predetermined number of bits is obtained, the AD conversion control unit 223 shifts the processing to step S605.

ステップS605に移行すると、全体制御部220のAD変換制御部223は、第1のADC110に、残差信号Vresを所定の期間保持させる。例えば、AD変換制御部223は、第1のADC110のスイッチSW1〜SW6を、図11に示すように制御する。これにより、第1のADC110において、残差信号Vresが保持される。以下の説明の中で、この状態を動作状態(D)と呼ぶ。   In step S605, the AD conversion control unit 223 of the overall control unit 220 causes the first ADC 110 to hold the residual signal Vres for a predetermined period. For example, the AD conversion control unit 223 controls the switches SW1 to SW6 of the first ADC 110 as illustrated in FIG. Thereby, the first ADC 110 holds the residual signal Vres. In the following description, this state is referred to as an operation state (D).

このとき、第2のADC120は、残差信号Vresをサンプリングする(ステップS606)。例えば、第2のADC120の容量アレイに含まれる各容量素子C〜CN−1、に、残差信号Vresがサンプリングされる。以下の説明の中で、この状態を動作状態(E)と呼ぶ。 At this time, the second ADC 120 samples the residual signal Vres (step S606). For example, the residual signal Vres is sampled in each of the capacitive elements C 0 to C N−1 and C d included in the capacitive array of the second ADC 120. In the following description, this state is referred to as an operation state (E).

図7に示すように、時間t2において、第1のADC110がbit kを出力した後、第1のADC110が状態(D)に設定されると共に、第2のADC120が状態(E)に設定される。また、時間t3において、第2のADC120による残差信号Vresのサンプリングが終了すると、第1のADC110は、次の入力信号Vin2のサンプリングを行うことができるようになる。   As shown in FIG. 7, at time t2, after the first ADC 110 outputs bit k, the first ADC 110 is set to the state (D) and the second ADC 120 is set to the state (E). The At time t3, when the sampling of the residual signal Vres by the second ADC 120 is completed, the first ADC 110 can sample the next input signal Vin2.

図6のステップS607において、第2のADC120のSAR250は、スイッチアレイSW_SARを制御して、逐次比較A/D変換を実行して下位ビットを求める。以下の説明の中で、この状態を動作状態(F)と呼ぶ。   In step S607 of FIG. 6, the SAR 250 of the second ADC 120 controls the switch array SW_SAR to execute successive approximation A / D conversion to obtain lower bits. In the following description, this state is referred to as an operation state (F).

動作状態(F)において、AD変換制御部223は、第1のADC110のスイッチSW1〜SW6を、例えば、図11に示すように制御することにより、例えば、図7に示すように、次の入力信号Vin2のサンプリングを開始させることができる。   In the operation state (F), the AD conversion control unit 223 controls the switches SW1 to SW6 of the first ADC 110, for example, as shown in FIG. Sampling of the signal Vin2 can be started.

ステップS608において、デジタル合成部230は、ステップS601〜S604で第1のADC110から出力された上位のデジタルビットと、ステップS607で第2のADC120から出力された下位のデジタルビットとを合成して、変換結果を出力する。   In step S608, the digital synthesis unit 230 synthesizes the upper digital bits output from the first ADC 110 in steps S601 to S604 and the lower digital bits output from the second ADC 120 in step S607. Output the conversion result.

上記の処理により、A/D変換器100は、回路の精度が要求される上位ビットのA/D変換をβ変換サイクリックADC110で実行し、回路の精度の要求が緩和される下位ビットのA/D変換を逐次比較ADC120で実現することができるようになる。これにより、下位ビットのA/D変換に演算増幅器が不要になるので、β変換サイクリック型A/D変換回路を含む複数のA/D変換回路を組合せて、製造ばらつきによる誤動作が少なく、消費電力が少ないA/D変換器を提供することができるようになる。   With the above processing, the A / D converter 100 executes the A / D conversion of the upper bits, which require circuit accuracy, by the β conversion cyclic ADC 110, and the lower bit A, which reduces circuit accuracy requirements. / D conversion can be realized by the successive approximation ADC 120. This eliminates the need for an operational amplifier for A / D conversion of the lower bits, so that a plurality of A / D conversion circuits including a β conversion cyclic A / D conversion circuit can be combined to reduce malfunctions due to manufacturing variations and consumption. An A / D converter with low power can be provided.

[第2の実施形態]
第2の実施形態では、別の好適な一例として、第2のADC120の容量アレイ(C〜CN−1、d)を、第1のADC(β変換サイクリックADC110)の積分容量Cbとして用いる構成の例について説明する。
[Second Embodiment]
In the second embodiment, as another preferable example, the capacitor array (C 0 to C N−1, C d) of the second ADC 120 is used as the integration capacitor Cb of the first ADC (β conversion cyclic ADC 110). An example of a configuration used as will be described.

第2の実施形態に係るA/D変換器100は、第1のADC110で上位ビットのA/D変換を行った後の残差信号Vresを、第2のADC120でそのままA/D変換することができるようになる。これにより、例えば、図6のステップS605、S606の処理を省略することができる。また本実施形態に係るA/D変換器100では、逐次比較ADC120でのサンプリングによる誤差をなくすことで、A/D変換器100でのサンプリング誤差を低減させることができる。   The A / D converter 100 according to the second embodiment A / D-converts the residual signal Vres after the A / D conversion of the upper bits by the first ADC 110 as it is by the second ADC 120. Will be able to. Thereby, for example, the processing of steps S605 and S606 in FIG. 6 can be omitted. In the A / D converter 100 according to the present embodiment, the sampling error in the A / D converter 100 can be reduced by eliminating the error due to the sampling in the successive approximation ADC 120.

<A/D変換器の構成>
図13は、第2の実施形態に係るA/D変換器の回路構成の例を示す図である。図13に示すA/D変換器100は、図2に示す第1の実施形態に係るA/D変換器100の容量素子14b、及びスイッチSW1に代えて、容量アレイ1300を有している。
<Configuration of A / D converter>
FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of the A / D converter according to the second embodiment. An A / D converter 100 illustrated in FIG. 13 includes a capacitor array 1300 instead of the capacitor 14b and the switch SW1 of the A / D converter 100 according to the first embodiment illustrated in FIG.

図14は、第2の実施形態に係る容量アレイの回路構成の例を示す図である。容量アレイ1300は、第1の実施形態に係る第2のADC120に含まれていた、2進の重み付値を持つN個の容量素子C〜CN−1と1つのダミー容量素子Cとを含む。また、容量アレイ1300は、第1の実施形態に係る第2のADC120に含まれていた、スイッチアレイSW_SAR、SW_Vresに加え、スイッチアレイSW_Vinを有している。なお、図13、14において、図2に示す第1の実施形態に係るA/D変換器100で説明した構成要素には同じ参照番号を付与し、ここでは詳細な説明を省略する。 FIG. 14 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of the capacitor array according to the second embodiment. The capacitive array 1300 includes N capacitive elements C 0 to C N−1 having a binary weighted value and one dummy capacitive element C d included in the second ADC 120 according to the first embodiment. Including. The capacitor array 1300 includes a switch array SW_Vin in addition to the switch arrays SW_SAR and SW_Vres included in the second ADC 120 according to the first embodiment. 13 and 14, the same reference numerals are assigned to the components described in the A / D converter 100 according to the first embodiment shown in FIG. 2, and detailed description thereof is omitted here.

A/D変換器100の全体制御部220は、スイッチアレイSW_Vinを制御して、Vinを容量素子C〜CN−1、Cに接続することにより、容量素子C〜CN−1、Cの合成容量を第1のADC110の積分容量Cbとして用いることができる。 The overall control unit 220 of the A / D converter 100 controls the switch array SW_Vin and connects Vin to the capacitive elements C 0 to C N−1 and C d , thereby causing the capacitive elements C 0 to C N−1. it can be employed including synthetic capacity C d as an integral capacitance Cb of the first ADC 110.

<処理の流れ>
続いて、第2の実施形態に係るA/D変換器100によるA/D変換の処理の流れについて説明する。
<Process flow>
Next, the flow of A / D conversion processing by the A / D converter 100 according to the second embodiment will be described.

図15は、第2の実施形態に係るA/D変換器の処理の例を示すフローチャートである。   FIG. 15 is a flowchart illustrating an example of processing of the A / D converter according to the second embodiment.

ステップS1501において、全体制御部220のAD変換制御部223は、入力信号Vinを容量素子14a(Ca)、及び容量アレイ1300(Cb)にサンプリングするサンプリング動作を実行する。例えば、AD変換制御部223は、スイッチ制御部221を用いて、A/D変換器100のスイッチSW2〜SW7、及び容量アレイ1300のスイッチアレイSW_Vres、SW_Vinを、図17(a)、(b)に示すように設定する。以下の説明の中で、この状態を動作状態(A)と呼ぶ。   In step S1501, the AD conversion control unit 223 of the overall control unit 220 performs a sampling operation for sampling the input signal Vin into the capacitive element 14a (Ca) and the capacitive array 1300 (Cb). For example, the AD conversion control unit 223 uses the switch control unit 221 to change the switches SW2 to SW7 of the A / D converter 100 and the switch arrays SW_Vres and SW_Vin of the capacitor array 1300 into FIGS. 17A and 17B. Set as shown in. In the following description, this state is referred to as an operation state (A).

動作状態(A)において、図17(a)、(b)に示すように、スイッチSW2〜SW7、及び容量アレイ1300のスイッチアレイSW_Vresの設定は、図8に示す第1の実施形態に係る動作状態(A)の設定と同様である。また、AD変換制御部223は、図17(b)に示すように、容量アレイ1300のスイッチアレイSW_Vinに含まれる各スイッチを接続状態とする。これにより、A/D変換器100はβ変換サイクリックADCとして機能し、容量アレイ1300(Cb)に、入力信号Vinがサンプリングされる。   In the operation state (A), as shown in FIGS. 17A and 17B, the switches SW2 to SW7 and the switch array SW_Vres of the capacitor array 1300 are set according to the operation according to the first embodiment shown in FIG. This is the same as setting the state (A). In addition, as illustrated in FIG. 17B, the AD conversion control unit 223 places each switch included in the switch array SW_Vin of the capacitor array 1300 in a connected state. As a result, the A / D converter 100 functions as a β conversion cyclic ADC, and the input signal Vin is sampled in the capacitor array 1300 (Cb).

図16は、第2の実施形態に係るA/D変換器の処理タイミングの例を示す図である。図16に示すように、時間t1に動作状態(A)で入力信号Vin1のサンプリングが終了すると、比較器11の比較結果が更新され、最上位ビットであるbitn−1が出力される。 FIG. 16 is a diagram illustrating an example of processing timing of the A / D converter according to the second embodiment. As shown in FIG. 16, when the sampling of the input signal Vin1 is completed in the operation state (A) at time t1, the comparison result of the comparator 11 is updated, and bit n-1 which is the most significant bit is output.

ステップS1502において、全体制御部220のAD変換制御部223は、比較器11の比較結果に応じて信号を増幅する信号増幅動作を実行する。例えば、AD変換制御部223は、スイッチ制御部221を用いて、A/D変換器100のスイッチSW2〜SW7、及び容量アレイ1300のスイッチアレイSW_Vres、SW_Vinを、図18(a)、(b)に示すように設定する。以下の説明の中で、この状態を動作状態(B)と呼ぶ。   In step S <b> 1502, the AD conversion control unit 223 of the overall control unit 220 performs a signal amplification operation that amplifies the signal according to the comparison result of the comparator 11. For example, the AD conversion control unit 223 uses the switch control unit 221 to change the switches SW2 to SW7 of the A / D converter 100 and the switch arrays SW_Vres and SW_Vin of the capacitor array 1300 into FIGS. 18A and 18B. Set as shown in. In the following description, this state is referred to as an operation state (B).

動作状態(B)において、図18(a)、(b)に示すように、スイッチSW2〜SW7の設定は図9に示す第1の実施形態に係る動作状態(B)の設定と同様である。また、AD変換制御部223は、図18(b)に示すように、スイッチアレイSW_Vinに含まれる各スイッチを切断状態とし、スイッチアレイSW_Vresに含まれる各スイッチを接続状態とする。これにより、A/D変換器100は、比較器11の比較結果に応じて信号を増幅し、残差信号Vresを、容量アレイ1300(Cb)に蓄える。   In the operating state (B), as shown in FIGS. 18A and 18B, the settings of the switches SW2 to SW7 are the same as the setting of the operating state (B) according to the first embodiment shown in FIG. . Further, as illustrated in FIG. 18B, the AD conversion control unit 223 sets each switch included in the switch array SW_Vin to a disconnected state and sets each switch included in the switch array SW_Vres to a connected state. As a result, the A / D converter 100 amplifies the signal according to the comparison result of the comparator 11, and stores the residual signal Vres in the capacitor array 1300 (Cb).

ステップS1503において、全体制御部220のAD変換制御部223は、サイクリックサンプリング動作を実行する。例えば、AD変換制御部223は、スイッチ制御部221を用いて、A/D変換器100のスイッチSW2〜SW7、及び容量アレイ1300のスイッチアレイSW_Vres、SW_Vinを、図19(a)、(b)に示すように設定する。以下の説明の中で、この状態を動作状態(C)と呼ぶ。   In step S1503, the AD conversion control unit 223 of the overall control unit 220 performs a cyclic sampling operation. For example, the AD conversion control unit 223 uses the switch control unit 221 to change the switches SW2 to SW7 of the A / D converter 100 and the switch arrays SW_Vres and SW_Vin of the capacitor array 1300 into FIGS. 19A and 19B. Set as shown in. In the following description, this state is referred to as an operation state (C).

動作状態(C)において、図19(a)、(b)に示すように、スイッチSW2〜SW7の設定は図10に示す第1の実施形態に係る動作状態(C)の設定と同様である。また、AD変換制御部223は、図19(b)に示すように、スイッチアレイSW_Vinに含まれる各スイッチを切断状態、スイッチアレイSW_Vresに含まれる各スイッチを接続状態に維持する。これにより、ステップS1502で容量アレイ1300(Cb)に蓄えられた残差信号Vresが、入力側の容量素子14aにサンプリングされる。   In the operating state (C), as shown in FIGS. 19A and 19B, the settings of the switches SW2 to SW7 are the same as the setting of the operating state (C) according to the first embodiment shown in FIG. . Further, as illustrated in FIG. 19B, the AD conversion control unit 223 maintains each switch included in the switch array SW_Vin in a disconnected state and each switch included in the switch array SW_Vres in a connected state. As a result, the residual signal Vres stored in the capacitor array 1300 (Cb) in step S1502 is sampled in the input-side capacitor element 14a.

図16に示すように、初回の動作状態(C)の終了時、比較器11の比較結果が更新され、bitn−2が出力される。 As shown in FIG. 16, at the end of the first operation state (C), the comparison result of the comparator 11 is updated and bit n-2 is output.

ステップS1504において、全体制御部220のAD変換制御部223は、所定のビット数(例えば5ビット)が得られたかを判断する。   In step S1504, the AD conversion control unit 223 of the overall control unit 220 determines whether a predetermined number of bits (for example, 5 bits) has been obtained.

所定のビット数が得られていない場合、AD変換制御部223は、所定のビット数が得られるまで、ステップS1502〜S1504の処理を繰り返し実行する。一方、所定のビット数が得られた場合、AD変換制御部223は、処理をステップS1505に移行させる。   When the predetermined number of bits is not obtained, the AD conversion control unit 223 repeatedly executes the processes of steps S1502 to S1504 until the predetermined number of bits is obtained. On the other hand, when the predetermined number of bits is obtained, the AD conversion control unit 223 shifts the processing to step S1505.

図16において、第2の実施形態に係るA/D変換器100は、時間t2にβ変換サイクリックADC110がbit kを出力したとき、既に容量アレイ1300に残差信号Vresが蓄えられている。したがって、本実施形態に係るA/D変換器100は、図7に示す第1の実施形態の動作状態(D)、(E)の処理を省略し、時間t2において直ちに逐次比較A/D変換を開始することができる。   In FIG. 16, in the A / D converter 100 according to the second embodiment, when the β conversion cyclic ADC 110 outputs bit k at time t2, the residual signal Vres is already stored in the capacitor array 1300. Therefore, the A / D converter 100 according to the present embodiment omits the processing of the operating states (D) and (E) of the first embodiment shown in FIG. 7, and immediately performs successive approximation A / D conversion at time t2. Can start.

ステップS1505に移行すると、全体制御部220のAD変換制御部223は、スイッチ制御部221を用いて、A/D変換器100のスイッチSW2〜SW7、及び容量アレイ1300のスイッチアレイSW_Vres、SW_Vinを、図20(a)、(b)に示すように設定する。以下の説明の中で、この状態を動作状態(F)と呼ぶ。   In step S1505, the AD conversion control unit 223 of the overall control unit 220 uses the switch control unit 221 to switch the switches SW2 to SW7 of the A / D converter 100 and the switch arrays SW_Vres and SW_Vin of the capacitance array 1300. Settings are made as shown in FIGS. 20 (a) and 20 (b). In the following description, this state is referred to as an operation state (F).

動作状態(F)において、スイッチSW2〜SW7の設定は、動作状態(C)の状態を維持する。また、AD変換制御部223は、図20(b)に示すように、スイッチアレイSW_Vres、SW_Vinに含まれる各スイッチを切断状態とする。これにより、A/D変換器100は、逐次比較ADCとして機能し、容量アレイ1300を用いて、逐次比較A/D変換を行うことができるようになる。   In the operating state (F), the settings of the switches SW2 to SW7 maintain the operating state (C). Further, as shown in FIG. 20B, the AD conversion control unit 223 turns off the switches included in the switch arrays SW_Vres and SW_Vin. As a result, the A / D converter 100 functions as a successive approximation ADC and can perform successive approximation A / D conversion using the capacitor array 1300.

この状態で、A/D変換器100は、ステップS1501〜S1504で、上位ビットのA/D変換後の残差信号Vresを、逐次比較ADCとしてA/D変換し、下位ビットを求める。例えば、A/D変換器100は、SAR250の出力に従って、+Vref、−Vrefに接続されるスイッチを上位ビット(DN−1)側から順次に切替えることにより出力電圧Vxを変更し、2分法でA/D変換値を特定する逐次比較A/D変換を行う。 In this state, in steps S1501 to S1504, the A / D converter 100 performs A / D conversion on the residual signal Vres after A / D conversion of the upper bits as a successive approximation ADC, and obtains lower bits. For example, the A / D converter 100 changes the output voltage Vx by sequentially switching the switch connected to + Vref and −Vref from the upper bit (D N−1 ) side according to the output of the SAR 250, and bisects The successive approximation A / D conversion for specifying the A / D conversion value is performed.

ステップS1506において、デジタル合成部230は、ステップS1501〜S1504で出力された上位のデジタルビットと、ステップS1505で出力された下位のデジタルビットとを合成して出力信号Doutを生成し、出力する。   In step S1506, the digital synthesizing unit 230 generates the output signal Dout by synthesizing the upper digital bits output in steps S1501 to S1504 and the lower digital bits output in step S1505.

上記の処理により、A/D変換器100は、回路の精度が要求される上位ビットのA/D変換をβ変換サイクリックA/D変換すると共に、回路の精度の要求が緩和される下位ビットのA/D変換を、逐次比較A/D変換することができる。これにより、1つの演算増幅器で回路を構成することができるので、β変換サイクリック型A/D変換回路を含む複数のA/D変換回路を組合せて、製造ばらつきによる誤動作が少なく、消費電力が少ないA/D変換器を提供することができるようになる。   As a result of the above processing, the A / D converter 100 performs β conversion cyclic A / D conversion on the A / D conversion of the upper bits for which the circuit accuracy is required, and lower bits for which the circuit accuracy requirement is relaxed. These A / D conversions can be subjected to successive approximation A / D conversion. As a result, since a circuit can be configured with one operational amplifier, a plurality of A / D conversion circuits including a β conversion cyclic A / D conversion circuit are combined to reduce malfunction due to manufacturing variations and reduce power consumption. A small number of A / D converters can be provided.

また、本実施形態に係るA/D変換器100では、上位ビットのβ変換サイクリックA/D変換を行った後の残差信号Vresを、逐次比較A/D変換でサンプリングする処理を省略することができる。また本実施形態に係るA/D変換器100では、逐次比較ADC120でのサンプリングによる誤差をなくすことで、A/D変換器100でのサンプリング誤差を低減させることができる。   Further, in the A / D converter 100 according to the present embodiment, the process of sampling the residual signal Vres after performing the β conversion cyclic A / D conversion of the upper bits by the successive approximation A / D conversion is omitted. be able to. In the A / D converter 100 according to the present embodiment, the sampling error in the A / D converter 100 can be reduced by eliminating the error due to the sampling in the successive approximation ADC 120.

[第3の実施形態]
第2の実施形態では、逐次比較A/D変換で使用する容量アレイ1300を、β変換サイクリックA/D変換の積分容量Cbとして使用するA/D変換器100の例について説明を行った。この場合、A/D変換器100が、逐次比較A/D変換を終えるまで、次の入力信号Vinのサンプリングを開始することができない。
[Third Embodiment]
In the second embodiment, the example of the A / D converter 100 using the capacitor array 1300 used in the successive approximation A / D conversion as the integration capacitor Cb of the β conversion cyclic A / D conversion has been described. In this case, sampling of the next input signal Vin cannot be started until the A / D converter 100 finishes the successive approximation A / D conversion.

第3の実施形態では、複数の容量アレイ1300を用いて、第1の容量アレイを用いた逐次比較A/D変換を終了する前に、第2の容量アレイを用いて、次の入力信号Vinのサンプリングを開始するインタリーブ動作を行う構成例について説明する。   In the third embodiment, before the successive approximation A / D conversion using the first capacitor array is completed using the plurality of capacitor arrays 1300, the second input signal Vin is input using the second capacitor array. A configuration example for performing an interleaving operation for starting sampling will be described.

<A/D変換器の構成>
図21は、第3の実施形態に係るA/D変換器の回路構成の例を示す図である。図13に示すA/D変換器100は、図13に示す第2の実施形態に係るA/D変換器100の容量アレイ1300に代えて、第1の容量アレイ1300−1、第2の容量アレイ1300−2、及びスイッチSW21、SW22を有する。なお、第1の容量アレイ1300−1、及び第2の容量アレイ1300−2の構成は、図14に示す第1の実施形態に係る容量アレイ1300と同様である。
<Configuration of A / D converter>
FIG. 21 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of an A / D converter according to the third embodiment. An A / D converter 100 illustrated in FIG. 13 includes a first capacitor array 1300-1 and a second capacitor instead of the capacitor array 1300 of the A / D converter 100 according to the second embodiment illustrated in FIG. It has an array 1300-2 and switches SW21 and SW22. The configurations of the first capacitor array 1300-1 and the second capacitor array 1300-2 are the same as those of the capacitor array 1300 according to the first embodiment shown in FIG.

本実施形態に係るA/D変換器100は、第1の容量アレイ1300−1を用いて逐次比較A/D変換を行っているとき、第2の容量アレイ1300−2を用いて、β変換サイクリックA/D変換を並行して実行できるように構成されている。   The A / D converter 100 according to the present embodiment uses the second capacitor array 1300-2 to perform β conversion when performing the successive approximation A / D conversion using the first capacitor array 1300-1. Cyclic A / D conversion can be executed in parallel.

スイッチSW21は、全体制御部220の制御に従って、第1の容量アレイ1300−1のVoutを、演算増幅器13の入力端子、又は比較器240の入力端子に接続する。スイッチSW22は、全体制御部220の制御に従って、第2の容量アレイ1300−2のVoutを、演算増幅器13の入力端子、又は比較器240の入力端子に接続する。   The switch SW21 connects Vout of the first capacitor array 1300-1 to the input terminal of the operational amplifier 13 or the input terminal of the comparator 240 under the control of the overall control unit 220. The switch SW22 connects Vout of the second capacitor array 1300-2 to the input terminal of the operational amplifier 13 or the input terminal of the comparator 240 under the control of the overall control unit 220.

第1の容量アレイ1300−1は、図14に示すスイッチアレイSW_Vinに含まれる各スイッチを接続状態とし、スイッチSW21によりVoutを演算増幅器13の入力端子に接続することにより、β変換サイクリックADCの積分容量Cbとして機能する。   In the first capacitor array 1300-1, the switches included in the switch array SW_Vin shown in FIG. 14 are connected, and Vout is connected to the input terminal of the operational amplifier 13 by the switch SW21. It functions as an integration capacitor Cb.

また、第1の容量アレイ1300−1は、スイッチアレイSW_Vin、SW_Vresに含まれる各スイッチを切断状態とし、スイッチSW21でVoutを比較器240の入力端子に接続することにより、逐次変換ADCの容量アレイとして機能する。第2の容量アレイ1300−2についても同様である。   Further, the first capacitor array 1300-1 is configured so that each switch included in the switch arrays SW_Vin and SW_Vres is in a disconnected state, and Vout is connected to the input terminal of the comparator 240 by the switch SW <b> 21, thereby Function as. The same applies to the second capacitor array 1300-2.

<処理の流れ>
続いて、第3の実施形態に係るA/D変換器100によるA/D変換の処理の流れについて説明する。
<Process flow>
Next, the flow of A / D conversion processing by the A / D converter 100 according to the third embodiment will be described.

図22は、第3の実施形態に係るA/D変換器の処理の例を示すフローチャートである。   FIG. 22 is a flowchart illustrating an example of processing of the A / D converter according to the third embodiment.

ステップS2211において、全体制御部220のAD変換制御部223は、入力信号Vin1を容量素子14a(Ca)、及び第1の容量アレイ1300−1(Cb1)にサンプリングする。例えば、AD変換制御部223は、スイッチ制御部221を用いて、A/D変換器100のスイッチSW2〜SW7、SW21、SW22を、図24に示すように設定する。また、AD変換制御部223は、第1の容量アレイ1300−1のスイッチアレイSW_Vres、SW_Vinを、図17(b)に示すように設定する。さらに、AD変換制御部223は、第2の容量アレイ1300−2のスイッチアレイSW_Vres、SW_Vinを、図20(b)に示すように設定する。以下の説明の中で、この状態を動作状態(A)と呼ぶ。   In step S2211, the AD conversion control unit 223 of the overall control unit 220 samples the input signal Vin1 into the capacitive element 14a (Ca) and the first capacitive array 1300-1 (Cb1). For example, the AD conversion control unit 223 uses the switch control unit 221 to set the switches SW2 to SW7, SW21, and SW22 of the A / D converter 100 as illustrated in FIG. Further, the AD conversion control unit 223 sets the switch arrays SW_Vres and SW_Vin of the first capacitor array 1300-1 as shown in FIG. Further, the AD conversion control unit 223 sets the switch arrays SW_Vres and SW_Vin of the second capacitor array 1300-2 as shown in FIG. In the following description, this state is referred to as an operation state (A).

これにより、A/D変換器100はβ変換サイクリックADCとして、第1の容量アレイ1300−1(Cb1)に、入力信号Vin1をサンプリングすることができる。なお、このとき、A/D変換器100は逐次比較ADCとして、第2の容量アレイ1300−2を用いて逐次比較A/D変換を実行することができる。   Thereby, the A / D converter 100 can sample the input signal Vin1 to the first capacitor array 1300-1 (Cb1) as a β conversion cyclic ADC. At this time, the A / D converter 100 can perform the successive approximation A / D conversion using the second capacitor array 1300-2 as the successive approximation ADC.

図23は、第3の実施形態に係るA/D変換器の処理タイミングの例を示す図である。図23に示すように、時間t1に動作状態(A)で入力信号Vin1のサンプリングが終了すると、比較器11の比較結果が更新され、最上位ビットであるbitn−1が出力される。また、図23において、時間t1〜t2の期間は、まだ上位ビットのA/D変換が終了していないので、下位ビットのA/D変換(逐次比較A/D変換)は実行されていない。 FIG. 23 is a diagram illustrating an example of processing timing of the A / D converter according to the third embodiment. As shown in FIG. 23, when the sampling of the input signal Vin1 is completed in the operation state (A) at time t1, the comparison result of the comparator 11 is updated, and bit n-1 which is the most significant bit is output. In FIG. 23, since the A / D conversion of the upper bits has not been completed yet during the period from time t1 to t2, the A / D conversion (sequential comparison A / D conversion) of the lower bits is not executed.

ステップS2212において、全体制御部220のAD変換制御部223は、第1の容量アレイ1300−1(Cb1)を用いて、比較器11の比較結果に応じて信号を増幅する信号増幅動作を実行する。例えば、AD変換制御部223は、スイッチ制御部221を用いて、A/D変換器100のスイッチSW2〜SW7、SW21、SW22を、図25に示すように設定する。また、AD変換制御部223は、第1の容量アレイ1300−1のスイッチアレイSW_Vres、SW_Vinを、図18(b)に示すように設定する。さらに、AD変換制御部223は、第2の容量アレイ1300−2のスイッチアレイSW_Vres、SW_Vinの状態を、図20(b)に示す状態に維持する。以下の説明の中で、この状態を動作状態(B)と呼ぶ。   In step S2212, the AD conversion control unit 223 of the overall control unit 220 uses the first capacitor array 1300-1 (Cb1) to execute a signal amplification operation for amplifying a signal according to the comparison result of the comparator 11. . For example, the AD conversion control unit 223 uses the switch control unit 221 to set the switches SW2 to SW7, SW21, and SW22 of the A / D converter 100 as illustrated in FIG. Further, the AD conversion control unit 223 sets the switch arrays SW_Vres and SW_Vin of the first capacitor array 1300-1 as shown in FIG. Furthermore, the AD conversion control unit 223 maintains the state of the switch arrays SW_Vres and SW_Vin of the second capacitor array 1300-2 in the state illustrated in FIG. In the following description, this state is referred to as an operation state (B).

これにより、A/D変換器100はβ変換サイクリックADCとして、比較器11の比較結果に応じて信号を増幅し、残差信号Vresを、第1の容量アレイ1300−1(Cb1)に蓄える。このとき、A/D変換器100は逐次比較ADCとして、第2の容量アレイ1300−2を用いて逐次比較A/D変換を継続して実行することができる。   As a result, the A / D converter 100 is a β-converted cyclic ADC, amplifies the signal according to the comparison result of the comparator 11, and stores the residual signal Vres in the first capacitor array 1300-1 (Cb1). . At this time, the A / D converter 100 can continuously execute the successive approximation A / D conversion using the second capacitor array 1300-2 as the successive approximation ADC.

ステップS2213において、全体制御部220のAD変換制御部223は、第1の容量アレイ1300−1(Cb1)を用いて、サイクリックサンプリング動作を実行する。例えば、AD変換制御部223は、スイッチ制御部221を用いて、A/D変換器100のスイッチSW2〜SW7、SW21、22を、図26に示すように設定する。また、AD変換制御部223は、第1の容量アレイ1300−1のスイッチアレイSW_Vres、SW_Vinを、図18(b)に示す状態に維持する。さらに、AD変換制御部223は、第2の容量アレイ1300−2のスイッチアレイSW_Vres、SW_Vinの状態を、図20(b)に示す状態に維持する。以下の説明の中で、この状態を動作状態(C)と呼ぶ。   In step S2213, the AD conversion control unit 223 of the overall control unit 220 performs a cyclic sampling operation using the first capacitor array 1300-1 (Cb1). For example, the AD conversion control unit 223 uses the switch control unit 221 to set the switches SW2 to SW7, SW21, and 22 of the A / D converter 100 as illustrated in FIG. Further, the AD conversion control unit 223 maintains the switch arrays SW_Vres and SW_Vin of the first capacitor array 1300-1 in the state illustrated in FIG. Furthermore, the AD conversion control unit 223 maintains the state of the switch arrays SW_Vres and SW_Vin of the second capacitor array 1300-2 in the state illustrated in FIG. In the following description, this state is referred to as an operation state (C).

これにより、A/D変換器100はβ変換サイクリックADCとして、ステップS2212で第1の容量アレイ1300−1(Cb1)に蓄えられた残差信号Vresを、入力側の容量素子14aにサンプリングする。このとき、A/D変換器100は逐次比較ADCとして、第2の容量アレイ1300−2を用いて逐次比較A/D変換を継続して実行することができる。   As a result, the A / D converter 100 samples the residual signal Vres stored in the first capacitor array 1300-1 (Cb1) in step S2212 as the β-converted cyclic ADC in the input-side capacitive element 14a. . At this time, the A / D converter 100 can continuously execute the successive approximation A / D conversion using the second capacitor array 1300-2 as the successive approximation ADC.

図23に示すように、初回の動作状態(C)の終了時、比較器11の比較結果が更新され、bitn−2が出力される。 As shown in FIG. 23, at the end of the first operation state (C), the comparison result of the comparator 11 is updated and bit n-2 is output.

ステップS2214において、全体制御部220のAD変換制御部223は、第1の容量アレイ1300−1(Cb1)を用いたβ変換サイクリックA/D変換により、所定のビット数(例えば5ビット)が得られたかを判断する。   In step S2214, the AD conversion control unit 223 of the overall control unit 220 has a predetermined number of bits (for example, 5 bits) by β conversion cyclic A / D conversion using the first capacitor array 1300-1 (Cb1). Judge whether it was obtained.

所定のビット数が得られていない場合、AD変換制御部223は、所定のビット数が得られるまで、ステップS2212〜S2214の処理を繰り返し実行する。一方、所定のビット数が得られた場合、AD変換制御部223は、処理をステップS2215、S2221に移行させる。   When the predetermined number of bits is not obtained, the AD conversion control unit 223 repeatedly executes the processes of steps S2212 to S2214 until the predetermined number of bits is obtained. On the other hand, when the predetermined number of bits is obtained, the AD conversion control unit 223 shifts the processing to steps S2215 and S2221.

ここで、A/D変換器100は、ステップS2215、S2216に示す処理と、ステップS2221〜S2224に示す処理を並行して実行する。   Here, the A / D converter 100 executes the processes shown in steps S2215 and S2216 and the processes shown in steps S2221 to S2224 in parallel.

ステップS2215に移行すると、全体制御部220のAD変換制御部223は、スイッチ制御部221を用いて、A/D変換器100のスイッチSW2〜SW7、SW21、SW22を、例えば、図27に示すように設定する。また、AD変換制御部223は、第1の容量アレイ1300−1のスイッチアレイSW_Vres、SW_Vinを、図20(b)に示すように設定する。さらに、AD変換制御部223は、第2の容量アレイ1300−2のスイッチアレイSW_Vres、SW_Vinを、図17(b)に示すように設定する。以下の説明の中で、この状態を動作状態(F)と呼ぶ。   In step S2215, the AD conversion control unit 223 of the overall control unit 220 uses the switch control unit 221 to switch the switches SW2 to SW7, SW21, and SW22 of the A / D converter 100, for example, as illustrated in FIG. Set to. Further, the AD conversion control unit 223 sets the switch arrays SW_Vres and SW_Vin of the first capacitor array 1300-1 as shown in FIG. Further, the AD conversion control unit 223 sets the switch arrays SW_Vres and SW_Vin of the second capacitor array 1300-2 as shown in FIG. In the following description, this state is referred to as an operation state (F).

これにより、A/D変換器100は逐次比較ADCとして、第1の容量アレイ1300−1(Cb1)を用いてステップS2211〜S2214で上位ビットのA/D変換が行われた後の残差信号Vresを、逐次比較A/D変換することができるようになる。   Thereby, the A / D converter 100 uses the first capacitor array 1300-1 (Cb1) as the successive approximation ADC, and the residual signal after the A / D conversion of the upper bits is performed in steps S2211 to S2214. Vres can be subjected to successive approximation A / D conversion.

ステップS2216において、デジタル合成部230は、ステップS2211〜S2214で出力された上位のデジタルビットと、ステップS2215で出力された下位のデジタルビットとを合成して出力信号Doutを生成し、出力する。   In step S2216, the digital synthesis unit 230 generates the output signal Dout by synthesizing the upper digital bits output in steps S2211 to S2214 and the lower digital bits output in step S2215.

なお、A/D変換器100は、ステップS2215において、第1の容量アレイ1300−1(Cb1)を用いて逐次比較A/D変換を行っているとき、ステップS2221〜ステップS2224の処理を並行して実行する。   In addition, when the A / D converter 100 performs the successive approximation A / D conversion using the first capacitor array 1300-1 (Cb1) in step S2215, the processes of step S2221 to step S2224 are performed in parallel. And execute.

例えば、図23に示すように、A/D変換器100は、時間t2において、第1の容量アレイ1300−1(Cb1)を用いた上位ビットのA/D変換が終了すると、第1の容量アレイ1300−1(Cb1)を用いて下位ビットのA/D変換を開始する。また、A/D変換器100は、時間t2の後、第1の容量アレイ1300−1(Cb1)を用いた下位ビットのA/D変換が終了する前に、第2の容量アレイ1300−2(Cb2)を用いて、次の入力信号Vin2のサンプリングを開始することができる。   For example, as shown in FIG. 23, when the A / D conversion of the upper bits using the first capacitor array 1300-1 (Cb1) is completed at time t2, the A / D converter 100 completes the first capacitor. The lower bit A / D conversion is started using the array 1300-1 (Cb1). In addition, the A / D converter 100, after the time t2, before the A / D conversion of the lower bits using the first capacitor array 1300-1 (Cb1) is completed, the second capacitor array 1300-2 Using (Cb2), sampling of the next input signal Vin2 can be started.

図22において、ステップS2221に移行すると、全体制御部220のAD変換制御部223は、入力信号Vin2を容量素子14a(Ca)、及び第2の容量アレイ1300−2(Cb2)にサンプリングする。以下の説明の中で、この状態を動作状態(A')と呼ぶ。なお、動作状態(A')と、前述した動作状態(F)において、A/D変換器100のスイッチSW2〜SW7、SW21、SW22、及び第1、2の容量アレイのスイッチアレイSW_Vres、SW_Vinの設定は、同様である。   In FIG. 22, when the process proceeds to step S2221, the AD conversion control unit 223 of the overall control unit 220 samples the input signal Vin2 into the capacitive element 14a (Ca) and the second capacitive array 1300-2 (Cb2). In the following description, this state is referred to as an operation state (A ′). In the operation state (A ′) and the operation state (F) described above, the switches SW2 to SW7, SW21 and SW22 of the A / D converter 100 and the switch arrays SW_Vres and SW_Vin of the first and second capacitor arrays The setting is the same.

これにより、A/D変換器100はβ変換サイクリックADCとして、第2の容量アレイ1300−2(Cb2)に、入力信号Vin2をサンプリングすることができる。なお、このとき、A/D変換器100は逐次比較ADCとして、第1の容量アレイ1300−1を用いて逐次比較A/D変換を実行することができる。   Thereby, the A / D converter 100 can sample the input signal Vin2 to the second capacitor array 1300-2 (Cb2) as a β conversion cyclic ADC. At this time, the A / D converter 100 can perform successive approximation A / D conversion using the first capacitor array 1300-1 as the successive approximation ADC.

ステップS2222において、全体制御部220のAD変換制御部223は、第2の容量アレイ1300−2(Cb2)を用いて、比較器11の比較結果に応じて信号を増幅する信号増幅動作を実行する。例えば、AD変換制御部223は、スイッチ制御部221を用いて、A/D変換器100のスイッチSW2〜SW7、SW21、SW22を、図28に示すように設定する。また、AD変換制御部223は、第2の容量アレイ1300−2のスイッチアレイSW_Vres、SW_Vinの状態を、図18(b)に示す状態に設定する。さらに、AD変換制御部223は、第1の容量アレイ1300−1のスイッチアレイSW_Vres、SW_Vinを、図20(b)に示す状態に維持する。以下の説明の中で、この状態を動作状態(B')と呼ぶ。   In step S <b> 2222, the AD conversion control unit 223 of the overall control unit 220 uses the second capacitance array 1300-2 (Cb <b> 2) to execute a signal amplification operation that amplifies the signal according to the comparison result of the comparator 11. . For example, the AD conversion control unit 223 uses the switch control unit 221 to set the switches SW2 to SW7, SW21, and SW22 of the A / D converter 100 as illustrated in FIG. Further, the AD conversion control unit 223 sets the state of the switch arrays SW_Vres and SW_Vin of the second capacitor array 1300-2 to the state shown in FIG. Furthermore, the AD conversion control unit 223 maintains the switch arrays SW_Vres and SW_Vin of the first capacitor array 1300-1 in the state illustrated in FIG. In the following description, this state is referred to as an operation state (B ′).

動作状態(B')において、A/D変換器100はβ変換サイクリックADCとして、比較器11の比較結果に応じて信号を増幅し、残差信号Vresを、第2の容量アレイ1300−2(Cb2)に蓄える。このとき、A/D変換器100は逐次比較ADCとして、第1の容量アレイ1300−1を用いて逐次比較A/D変換を継続して実行することができる。   In the operation state (B ′), the A / D converter 100 is a β conversion cyclic ADC, amplifies the signal according to the comparison result of the comparator 11, and converts the residual signal Vres into the second capacitor array 1300-2. Store in (Cb2). At this time, the A / D converter 100 can continuously execute the successive approximation A / D conversion using the first capacitor array 1300-1 as the successive approximation ADC.

ステップS2223において、全体制御部220のAD変換制御部223は、第2の容量アレイ1300−2(Cb2)を用いて、サイクリックサンプリング動作を実行する。例えば、AD変換制御部223は、スイッチ制御部221を用いて、A/D変換器100のスイッチSW2〜SW7、SW21、22を、図29に示すように設定する。また、AD変換制御部223は、第2の容量アレイ1300−2のスイッチアレイSW_Vres、SW_Vinの状態を、図18(b)に示す状態に維持する。さらに、AD変換制御部223は、第1の容量アレイ1300−1のスイッチアレイSW_Vres、SW_Vinを、図20(b)に示す状態に維持する。以下の説明の中で、この状態を動作状態(C')と呼ぶ。   In step S2223, the AD conversion control unit 223 of the overall control unit 220 performs a cyclic sampling operation using the second capacitor array 1300-2 (Cb2). For example, the AD conversion control unit 223 uses the switch control unit 221 to set the switches SW2 to SW7, SW21, and 22 of the A / D converter 100 as shown in FIG. Further, the AD conversion control unit 223 maintains the state of the switch arrays SW_Vres and SW_Vin of the second capacitor array 1300-2 in the state illustrated in FIG. Furthermore, the AD conversion control unit 223 maintains the switch arrays SW_Vres and SW_Vin of the first capacitor array 1300-1 in the state illustrated in FIG. In the following description, this state is referred to as an operation state (C ′).

動作状態(C')において、A/D変換器100はβ変換サイクリックADCとして、ステップS2222で第2の容量アレイ1300−2(Cb2)に蓄えられた残差信号Vresを、入力側の容量素子14aにサンプリングする。このとき、A/D変換器100は逐次比較ADCとして、第1の容量アレイ1300−1を用いて逐次比較A/D変換を継続して実行することができる。   In the operation state (C ′), the A / D converter 100 operates as the β conversion cyclic ADC by using the residual signal Vres stored in the second capacitor array 1300-2 (Cb2) in step S2222 as the input side capacitor. Sampling is performed on the element 14a. At this time, the A / D converter 100 can continuously execute the successive approximation A / D conversion using the first capacitor array 1300-1 as the successive approximation ADC.

ステップS2224において、全体制御部220のAD変換制御部223は、第2の容量アレイ1300−2(Cb2)を用いたβ変換サイクリックA/D変換により、所定のビット数(例えば5ビット)が得られたかを判断する。   In step S2224, the AD conversion control unit 223 of the overall control unit 220 has a predetermined number of bits (for example, 5 bits) by β conversion cyclic A / D conversion using the second capacitor array 1300-2 (Cb2). Judge whether it was obtained.

所定のビット数が得られていない場合、AD変換制御部223は、所定のビット数が得られるまで、ステップS2222〜S2224の処理を繰り返し実行する。一方、所定のビット数が得られた場合、AD変換制御部223は、処理をステップS2225、S2227に移行させる。   When the predetermined number of bits is not obtained, the AD conversion control unit 223 repeatedly executes the processes of steps S2222 to S2224 until the predetermined number of bits is obtained. On the other hand, when the predetermined number of bits is obtained, the AD conversion control unit 223 shifts the processing to steps S2225 and S2227.

ステップS2225に移行すると、全体制御部220のAD変換制御部223は、スイッチ制御部221を用いて、A/D変換器100のスイッチSW2〜SW7、SW21、SW22を、再び、図24に示すように設定する。また、AD変換制御部223は、第1の容量アレイ1300−1のスイッチアレイSW_Vres、SW_Vinを、図17(b)に示すように設定する。さらに、AD変換制御部223は、第2の容量アレイ1300−2のスイッチアレイSW_Vres、SW_Vinを、図20(b)に示すように設定する。以下の説明の中で、この状態を動作状態(F')と呼ぶ。   In step S2225, the AD conversion control unit 223 of the overall control unit 220 uses the switch control unit 221 to switch the switches SW2 to SW7, SW21, and SW22 of the A / D converter 100 again as shown in FIG. Set to. Further, the AD conversion control unit 223 sets the switch arrays SW_Vres and SW_Vin of the first capacitor array 1300-1 as shown in FIG. Further, the AD conversion control unit 223 sets the switch arrays SW_Vres and SW_Vin of the second capacitor array 1300-2 as shown in FIG. In the following description, this state is referred to as an operation state (F ′).

これにより、A/D変換器100は逐次比較ADCとして、第2の容量アレイ1300−2(Cb2)を用いてステップS2221〜S2224で上位ビットのA/D変換が行われた後の残差信号Vresを、逐次比較A/D変換することができるようになる。例えば、A/D変換器100は、SAR250の出力に従って、+Vref、−Vrefに接続されるスイッチを上位ビット(DN−1)側から順次に切替えることにより出力電圧Vxを変更し、2分法でA/D変換値を特定する逐次比較A/D変換を行う。 Thereby, the A / D converter 100 uses the second capacitor array 1300-2 (Cb2) as the successive approximation ADC, and the residual signal after the A / D conversion of the upper bits is performed in steps S2221 to S2224. Vres can be subjected to successive approximation A / D conversion. For example, the A / D converter 100 changes the output voltage Vx by sequentially switching the switch connected to + Vref and −Vref from the upper bit (D N−1 ) side according to the output of the SAR 250, and bisects The successive approximation A / D conversion for specifying the A / D conversion value is performed.

ステップS2226において、デジタル合成部230は、ステップS2221〜S2224で出力された上位のデジタルビットと、ステップS2225で出力された下位のデジタルビットとを合成して出力信号Doutを生成し、出力する。   In step S2226, the digital synthesizing unit 230 generates the output signal Dout by synthesizing the upper digital bits output in steps S2221 to S2224 and the lower digital bits output in step S2225.

ステップS2227において、全体制御部220のAD変換制御部223は、例えば、処理を終了させるか否かを判断し、処理を終了させない場合、処理をステップS2211に移行させる。或いは、AD変換制御部223は、処理を終了させるか否かの判断を行わずに、処理をステップS2211に移行させるものであっても良い。   In step S2227, the AD conversion control unit 223 of the overall control unit 220 determines, for example, whether to end the process. If the process is not ended, the process proceeds to step S2211. Alternatively, the AD conversion control unit 223 may shift the process to step S2211 without determining whether to end the process.

上記の処理により、A/D変換器100は、2つの容量アレイ1300−1、1300−2を交互に用いて、例えば、図23に示すように、インタリーブ動作を行うことができるようになる。   With the above processing, the A / D converter 100 can perform an interleave operation as shown in FIG. 23, for example, by alternately using the two capacitance arrays 1300-1 and 1300-2.

これにより、例えば、第1の容量アレイ1300−1を用いて下位ビットの逐次比較A/D変換を行っている間に、次の入力信号Vinを、第2の容量アレイ1300−2を用いて上位ビットのβ変換サイクリックA/D変換を実行することができるようになる。   Thus, for example, while the successive comparison A / D conversion of the lower bits is performed using the first capacitor array 1300-1, the next input signal Vin is transmitted using the second capacitor array 1300-2. It becomes possible to execute β conversion cyclic A / D conversion of the upper bits.

また、本実施形態に係るA/D変換器100では、第2の実施形態と同様に、上位ビットのβ変換サイクリックA/D変換を行った後の残差信号Vresを、逐次比較A/D変換でサンプリングする処理を省略することができる。したがって、第3の実施形態によれば、β変換サイクリックADCと逐次比較ADCとを組合せたA/D変換器100において、A/D変換の処理速度を高速化することができる。   Further, in the A / D converter 100 according to the present embodiment, as in the second embodiment, the residual signal Vres after the β conversion cyclic A / D conversion of the upper bits is used as the successive approximation A / D. The process of sampling by D conversion can be omitted. Therefore, according to the third embodiment, in the A / D converter 100 in which the β conversion cyclic ADC and the successive approximation ADC are combined, the processing speed of the A / D conversion can be increased.

[第4の実施形態]
第4の実施形態以降の実施形態では、β変換サイクリックADCと逐次比較ADCとを組合せたA/D変換器100のより好適な構成例について説明する。
[Fourth Embodiment]
In the fourth and subsequent embodiments, a more preferable configuration example of the A / D converter 100 in which the β conversion cyclic ADC and the successive approximation ADC are combined will be described.

図30は、第4の実施形態に係るA/D変換器の回路構成の例を示す図である。図30において、基準電圧発生回路210は、第1のADC110(β変換サイクリックADC)用の基準電圧+Vref1、−Vref1と、第2のADC120(逐次変換ADC)用の基準電圧+Vref2、−Vref2とを別々に生成するように構成されている。なお、図30に示すA/D変換器100の他の構成は、図2に示す第1の実施形態に係るA/D変換器100と同様である。   FIG. 30 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of an A / D converter according to the fourth embodiment. In FIG. 30, the reference voltage generation circuit 210 includes reference voltages + Vref1 and −Vref1 for the first ADC 110 (β conversion cyclic ADC), reference voltages + Vref2 and −Vref2 for the second ADC 120 (successive conversion ADC), and Are generated separately. Other configurations of the A / D converter 100 illustrated in FIG. 30 are the same as those of the A / D converter 100 according to the first embodiment illustrated in FIG.

全体制御部220のβ値推定制御部222は、実際にチップ上で実現された演算増幅部111の増幅率β(1<β<2)を推定する際に、第1のADC110の入力に、VCMを入力させて、A/D変換を実行する。VCMは、第1のADC110のフルスケール電圧FS1(+Vref1〜−Vref1)の中央値(例えば0V)である。   When estimating the amplification factor β (1 <β <2) of the operational amplification unit 111 actually realized on the chip, the β value estimation control unit 222 of the overall control unit 220 is input to the first ADC 110. Input VCM and execute A / D conversion. VCM is a median value (for example, 0 V) of the full-scale voltage FS1 (+ Vref1 to −Vref1) of the first ADC 110.

したがって、A/D変換器100は、β値の推定を行うことができるように、第1のADC110の入力ノードにVCM(予め定められた電圧の一例)を入力するためのスイッチSW7(入力回路)を有している。   Therefore, the A / D converter 100 can switch the switch SW7 (input circuit) for inputting VCM (an example of a predetermined voltage) to the input node of the first ADC 110 so that the β value can be estimated. )have.

また、図31に示すように、A/D変換器100が複数の第1のADC110−1、110−2、・・・を含む場合、各第1のADC110の入力ノードにVCMを入力するための入力回路が設けられている。   Further, as shown in FIG. 31, when the A / D converter 100 includes a plurality of first ADCs 110-1, 110-2,..., The VCM is input to the input node of each first ADC 110. The input circuit is provided.

これにより、全体制御部220のβ値推定制御部222は、各第1のADC110の入力ノードにVCMを入力し、βの値を推定することができるようになる。   Accordingly, the β value estimation control unit 222 of the overall control unit 220 can input the VCM to the input node of each first ADC 110 and can estimate the value of β.

図32は、第4の実施形態に係る基準電圧について説明するための図である。図32(a)は、第1のADC110(β変換サイクリックADC)の演算増幅部111による入出力特性を示している。   FIG. 32 is a diagram for explaining the reference voltage according to the fourth embodiment. FIG. 32A shows the input / output characteristics of the operational amplifier 111 of the first ADC 110 (β conversion cyclic ADC).

図32(a)において、入力電圧VIN(Input)が、−Vref≦VIN<0である場合、演算増幅部111は、出力電圧Vres=VIN×β+(β−1)Vrefを出力する。また、入力電圧VINが、0≦VIN≦+Vrefである場合、演算増幅部111は、出力電圧Vres=VIN×β+(1−β)Vrefを出力する。なお、入出力の傾き(増幅率、又は利得)を表すβの値は、1<β<2である。   In FIG. 32A, when the input voltage VIN (Input) is −Vref ≦ VIN <0, the operational amplifier 111 outputs the output voltage Vres = VIN × β + (β−1) Vref. When the input voltage VIN is 0 ≦ VIN ≦ + Vref, the operational amplifier 111 outputs the output voltage Vres = VIN × β + (1−β) Vref. Note that the value of β representing the input / output slope (amplification factor or gain) is 1 <β <2.

図32(b)は、第4の実施形態に係る第1のADC110(β変換サイクリックADC)の演算増幅部111による入出力特性と、第2のADC120(逐次変換ADC)の入力範囲(−Vref2〜+Vref2)を示している。   FIG. 32B shows the input / output characteristics of the first ADC 110 (β conversion cyclic ADC) according to the fourth embodiment by the operational amplifier 111 and the input range (− of the second ADC 120 (sequential conversion ADC)). Vref2 to + Vref2).

図32(b)において、Vref1=Vref2である場合、第1のADC110と第2のADC120との間の段間オフセット電圧Voffが発生すると、A/D変換器100の線形性に問題が出る。例えば、第1のADC110の出力電圧が、第2のADC120の入力範囲を超えてしまい、A/D変換結果に信号クリップが発生して、線形性に問題が現れる。   In FIG. 32B, when Vref1 = Vref2, if the interstage offset voltage Voff between the first ADC 110 and the second ADC 120 is generated, a problem occurs in the linearity of the A / D converter 100. For example, the output voltage of the first ADC 110 exceeds the input range of the second ADC 120, signal clipping occurs in the A / D conversion result, and a problem appears in linearity.

そこで、第4の実施形態に係るA/D変換器では、Vref2≧Vref1+Voffの関係が成り立つように、Vref2、及びVref1の値が設定されている。なお、段間オフセット電圧Voffは、例えば、計算や実験等により予め求められた、段間オフセット電圧のワースト値等を適用することができる。   Therefore, in the A / D converter according to the fourth embodiment, the values of Vref2 and Vref1 are set so that the relationship of Vref2 ≧ Vref1 + Voff is established. As the interstage offset voltage Voff, for example, a worst value of the interstage offset voltage obtained in advance by calculation or experiment can be applied.

上記の構成により、第1のADC110と第2のADC120とを組合せたA/D変換器100において、段間オフセット電圧によるA/D変換の精度の劣化を低減させることができる。   With the above configuration, in the A / D converter 100 in which the first ADC 110 and the second ADC 120 are combined, it is possible to reduce deterioration in A / D conversion accuracy due to the interstage offset voltage.

なお、このとき、A/D変換器100のデジタル合成部230は、例えば、次の式(1)を用いて、第1のADC110による上位ビットのA/D変換結果と、第2のADC120による下位ビットのA/D変換結果とを合成することができる。   At this time, the digital synthesizing unit 230 of the A / D converter 100 uses, for example, the following equation (1), and the A / D conversion result of the upper bits by the first ADC 110 and the second ADC 120: The A / D conversion result of the lower bits can be synthesized.

Figure 2018064157
式(1)は、第1のADC110により、上位5ビットのA/D変換を行い、第2のADC120により下位Nビット(Nは2以上の整数)のA/D変換を行う場合の例を示している。
Figure 2018064157
Formula (1) is an example in which the first ADC 110 performs upper 5 bits of A / D conversion, and the second ADC 120 performs lower N bits (N is an integer of 2 or more). Show.

なお、式(1)において、βは、β値推定制御部222によって推定されたβの値を示す。b〜bは、第1のADC110から出力される第1ビット〜第5ビットの値を示す。FS1は、第1のADC110のフルスケール電圧であり、例えば、第1のADC110の基準電圧Vref1の2倍の電圧である。FS2は、第2のADC120のフルスケール電圧であり、例えば、第2のADC120の基準電圧Vref2の2倍の電圧である。Eは、量子化雑音(量子化誤差)を示す。 In equation (1), β a represents the value of β estimated by the β value estimation control unit 222. b 1 to b 5 represent values of the first to fifth bits output from the first ADC 110. FS1 is a full-scale voltage of the first ADC 110, and is, for example, a voltage that is twice the reference voltage Vref1 of the first ADC 110. FS2 is a full-scale voltage of the second ADC 120, and is, for example, a voltage twice the reference voltage Vref2 of the second ADC 120. E q represents quantization noise (quantization error).

また、A/D変換器100のβ値推定制御部222は、第1のADC110の入力にFS1(−Vref1〜+Vref1)の中央値(VCM)を入力して、A/D変換器100でA/D変換を行った変換結果を用いてβの値を推定する。例えば、図32(b)において、第1のADC110の入力に中央値0Vを入力すると、最初のビットがゼロから始まるP0に対応するA/D変換結果と、最初のビットが1から始まるP1に対応するA/D変換結果とが求められる。β値推定制御部222は、この中央値0Vを入力したときに得られる2つのA/D変換結果が等しい電圧を示していることに着目して、βの値を推定することができる。   Further, the β value estimation control unit 222 of the A / D converter 100 inputs the median value (VCM) of FS1 (−Vref1 to + Vref1) to the input of the first ADC 110, and the A / D converter 100 performs A The value of β is estimated using the conversion result obtained by performing the / D conversion. For example, in FIG. 32B, when a median value of 0 V is input to the input of the first ADC 110, the A / D conversion result corresponding to P0 where the first bit starts from zero and P1 where the first bit starts from 1 are set to P1. A corresponding A / D conversion result is obtained. The β value estimation control unit 222 can estimate the value of β by paying attention to the fact that the two A / D conversion results obtained when the median value 0 V is input indicate equal voltages.

[第5の実施形態]
第4の実施形態では、第1のADC110と第2のADC120とを組合せたA/D変換器100において、Vref2の値を大きくすることにより、段間オフセット電圧によるA/D変換の精度の劣化を低減させる手法について説明した。しかし、Vref2の値が大きくなると、第2のADC120の量子化雑音が大きくなり、SNDR(Signal to Noise and Distortion Ratio)が悪化するという問題がある。
[Fifth Embodiment]
In the fourth embodiment, in the A / D converter 100 in which the first ADC 110 and the second ADC 120 are combined, the accuracy of A / D conversion due to the interstage offset voltage is reduced by increasing the value of Vref2. A method for reducing the above has been described. However, when the value of Vref2 increases, there is a problem that the quantization noise of the second ADC 120 increases and SNDR (Signal to Noise and Distortion Ratio) deteriorates.

第5の実施形態では、第2のADC120の信号比較ノードVxにデジタル−アナログ変換器(以下、D/A変換器、又はDACと呼ぶ)を設けて、段間のオフセット電圧を積極的にキャンセルする構成の例について説明する。   In the fifth embodiment, a digital-analog converter (hereinafter referred to as a D / A converter or DAC) is provided in the signal comparison node Vx of the second ADC 120 to actively cancel the offset voltage between stages. An example of the configuration to be performed will be described.

図33は、第5の実施形態に係るA/D変換器の回路構成の例を示す図である。図33に示すA/D変換器100は、図2に示す第1の実施形態に係るA/D変換器100の構成に加えて、DAC(Digital to Analog Converter)3301、スイッチ3302、容量素子3303等を有する。なお、スイッチ3302、及び容量素子3303は、DAC3301の出力電圧を、第2のADC120の信号比較ノードVxに印加するための回路の一例である。例えば、DAC3301の出力端子は、比較器240の入力端子(信号比較ノードVx)に直接接続されているもの等であっても良い。   FIG. 33 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of an A / D converter according to the fifth embodiment. 33, in addition to the configuration of the A / D converter 100 according to the first embodiment shown in FIG. 2, the A / D converter 100 includes a DAC (Digital to Analog Converter) 3301, a switch 3302, and a capacitive element 3303. Etc. Note that the switch 3302 and the capacitor 3303 are an example of a circuit for applying the output voltage of the DAC 3301 to the signal comparison node Vx of the second ADC 120. For example, the output terminal of the DAC 3301 may be directly connected to the input terminal (signal comparison node Vx) of the comparator 240.

DAC3301は、第1のADC110と第2のADC120との間の段間オフセット電圧をキャンセルするための電圧を出力するように、予め設定、又は調整されているものとする。   The DAC 3301 is set or adjusted in advance so as to output a voltage for canceling the interstage offset voltage between the first ADC 110 and the second ADC 120.

上記の構成により、第1のADC110と第2のADC120とを組合せたA/D変換器100において、段間オフセット電圧によるA/D変換の精度の劣化を低減させることができる。また、本実施形態では、Vref2の値を大きくする必要がないので、第2のADC120の量子化雑音が大きくなり、SNDRが悪化するという問題を低減させることができる。   With the above configuration, in the A / D converter 100 in which the first ADC 110 and the second ADC 120 are combined, it is possible to reduce deterioration in A / D conversion accuracy due to the interstage offset voltage. Further, in the present embodiment, since it is not necessary to increase the value of Vref2, it is possible to reduce the problem that the quantization noise of the second ADC 120 increases and SNDR deteriorates.

[第6の実施形態]
上記の各実施形態に係るA/D変換器100において、β値推定制御部222がβの値を正確に推定するためには、βの値を推定するときに、第2のADC120(逐次変換ADC)の分解能を1〜2ビット増加させることが望ましい。一方、A/D変換器100において、通常のA/D変換を行う際には、変換速度を向上させるために、1〜2ビットの分解能の増加を行わないことが望ましい。
[Sixth Embodiment]
In the A / D converter 100 according to each of the above embodiments, in order for the β value estimation control unit 222 to estimate the value of β accurately, the second ADC 120 (sequential conversion) is used when estimating the value of β. It is desirable to increase the resolution of the ADC) by 1-2 bits. On the other hand, in the A / D converter 100, when performing normal A / D conversion, it is desirable not to increase the resolution of 1 to 2 bits in order to improve the conversion speed.

第6の実施形態では、βの値を推定するときに、第2のADC120の分解能を向上させることが可能なA/D変換器100の例について説明する。   In the sixth embodiment, an example of the A / D converter 100 that can improve the resolution of the second ADC 120 when estimating the value of β will be described.

図34は、第6の実施形態に係るA/D変換器の回路構成の例を示す図である。図34に示すA/D変換器100は、図2に示す第1の実施形態に係るA/D変換器100の構成に加えて、ビット長制御部3402を有している。   FIG. 34 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of the A / D converter according to the sixth embodiment. The A / D converter 100 shown in FIG. 34 includes a bit length control unit 3402 in addition to the configuration of the A / D converter 100 according to the first embodiment shown in FIG.

ビット長制御部3402は、例えば、β値推定制御部222がβの値を推定する場合、第2のADC120のSAR250に、逐次変換A/D変換のビット数の増加を指示する信号(BIT_CNT)を出力する。   For example, when the β value estimation control unit 222 estimates the value of β, the bit length control unit 3402 instructs the SAR 250 of the second ADC 120 to increase the number of bits for successive conversion A / D conversion (BIT_CNT). Is output.

また、第2のADC120のSAR250は、逐次変換A/D変換のビット数の増加を指示する信号を受付けると、通常のA/D変換のときより、所定のビット数(例えば2ビット)多く、A/D変換を実行する。   Further, when the SAR 250 of the second ADC 120 receives a signal instructing an increase in the number of bits of the successive conversion A / D conversion, the SAR 250 of the second ADC 120 has a predetermined number of bits (for example, 2 bits) larger than that in the normal A / D conversion, A / D conversion is executed.

例えば、第2のADC120において、複数の容量素子CN−1〜C0、及びスイッチアレイSW_SAR、SW_Vresには、予め冗長ビットに対応する素子が設けられているものとする。通常のA/D変換を行う場合、第2のADC120のSAR250は、冗長ビットに対応する素子を用いないで逐次比較A/D変換を実行する。一方、βの値を推定する場合、第2のADC120のSAR250は、冗長ビットに対応する素子を用いて逐次比較A/D変換を実行する。   For example, in the second ADC 120, it is assumed that elements corresponding to redundant bits are provided in advance in the plurality of capacitive elements CN-1 to C0 and the switch arrays SW_SAR and SW_Vres. When normal A / D conversion is performed, the SAR 250 of the second ADC 120 performs successive approximation A / D conversion without using an element corresponding to a redundant bit. On the other hand, when estimating the value of β, the SAR 250 of the second ADC 120 performs successive approximation A / D conversion using elements corresponding to redundant bits.

上記の構成により、第1のADC110と第2のADC120とを組合せたA/D変換器100において、通常のA/D変換の変換速度に影響を与えずに、βの値の推定精度を向上させることができるようになる。   With the above configuration, in the A / D converter 100 in which the first ADC 110 and the second ADC 120 are combined, the estimation accuracy of the β value is improved without affecting the conversion speed of normal A / D conversion. To be able to.

なお、ビット長制御部3402は、β値推定制御部222がβの値を推定する場合に限られず、A/D変換の精度を向上させる場合に、逐次変換A/D変換のビット数の増加を指示するものであっても良い。   Note that the bit length control unit 3402 is not limited to the case where the β value estimation control unit 222 estimates the value of β, but when the accuracy of A / D conversion is improved, the bit number of the successive conversion A / D conversion is increased. May be used.

[第7の実施形態]
第6の実施形態では、βの値を推定する際に、第2のADC120(逐次比較ADC)のビット長を変更する場合の例について説明を行った。
[Seventh Embodiment]
In the sixth embodiment, an example in which the bit length of the second ADC 120 (successive comparison ADC) is changed when the value of β is estimated has been described.

第5の実施形態では、第2のADC120の信号比較ノードVxに、例えば、擬似ランダム系列等のディザー信号を加算し、複数回のA/D変換結果を平均化することにより、A/D変換の実質的な分解能(実効分解能)を向上させる場合の例について説明する。   In the fifth embodiment, the A / D conversion is performed by adding a dither signal such as a pseudo-random sequence to the signal comparison node Vx of the second ADC 120 and averaging a plurality of A / D conversion results. An example in the case where the substantial resolution (effective resolution) is improved will be described.

図35は、第7の実施形態に係るA/D変換器の回路構成の例を示す図である。図35に示すA/D変換器100は、図2に示す第1の実施形態に係るA/D変換器100の構成に加えて、ディザー信号発生部3501、信号制御部3502、平均処理部3503を有する。   FIG. 35 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of an A / D converter according to the seventh embodiment. 35, in addition to the configuration of the A / D converter 100 according to the first embodiment shown in FIG. 2, the A / D converter 100 includes a dither signal generator 3501, a signal controller 3502, and an average processor 3503. Have

ディザー信号発生部3501は、信号制御部3502の制御に従って、例えば、擬似ランダム系列等のディザー信号を発生し、第2のADC120(逐次比較ADC)の信号比較ノードVxに発生したディザー信号を入力する。   The dither signal generator 3501 generates a dither signal such as a pseudo-random sequence under the control of the signal controller 3502, and inputs the generated dither signal to the signal comparison node Vx of the second ADC 120 (successive comparison ADC). .

信号制御部3502は、例えば、β値推定制御部222がβの値を推定するとき、ディザー信号発生部3501に、ディザー信号の発生を指示する。   For example, when the β value estimation control unit 222 estimates the value of β, the signal control unit 3502 instructs the dither signal generation unit 3501 to generate a dither signal.

平均処理部3503は、第1のADC110が、上位ビットのA/D変換を行った後の残差信号Vresを、第2のADC120が複数回のA/D変換を行った結果を平均化する。第2のADC120は、残差信号Vresを1回サンプリングすると、電荷保存則により残差信号Vresを保持し続けるので、複数回のA/D変換を実行することができる。複数回のA/D変換結果を平均化することにより、A/D変換の実質的な分解能を向上させることができる。   The average processing unit 3503 averages the residual signal Vres after the first ADC 110 performs the A / D conversion of the upper bits, and the result of the second ADC 120 performing the A / D conversion a plurality of times. . When the second ADC 120 samples the residual signal Vres once, the second ADC 120 continues to hold the residual signal Vres according to the charge conservation law, and thus can execute A / D conversion multiple times. The average resolution of A / D conversion can be improved by averaging a plurality of A / D conversion results.

ここで、ディザー信号の効果について説明する。   Here, the effect of the dither signal will be described.

図36は、回路が低ノイズの場合のA/D変換のイメージを示す図である。例えば、図36において、入力電圧Vinの値が10.25であり、nの値が10であるものとする。図36の例では、回路のノイズが少ないので、Vinの値が、A/D変換結果が9から10の間で変化するコード遷移ノイズ範囲3601、及びA/D変換結果が10から11の間で変化するコード遷移ノイズ範囲3602に含まれない状態を示している。この場合、Vinを何回A/D変換して平均化を行ってもA/D変換結果は10となり、A/D変換の実質的な分解能を向上させる効果が得られないことを示している。   FIG. 36 is a diagram showing an image of A / D conversion when the circuit has low noise. For example, in FIG. 36, it is assumed that the value of the input voltage Vin is 10.25 and the value of n is 10. In the example of FIG. 36, since the circuit noise is small, the value of Vin is a code transition noise range 3601 in which the A / D conversion result changes between 9 and 10, and the A / D conversion result is between 10 and 11. A state that is not included in the code transition noise range 3602 that changes in FIG. In this case, no matter how many times A / D conversion is performed on Vin, the A / D conversion result is 10, indicating that the effect of improving the substantial resolution of A / D conversion cannot be obtained. .

図37は、回路が高ノイズの場合のA/D変換のイメージを示す図である。図37の例では、回路のノイズが多く、Vinの値が、A/D変換結果が9から10の間で変化するコード遷移ノイズ範囲3701、及びA/D変換結果が10〜11の間で変化するコード遷移ノイズ範囲3702に含まれている状態を示している。この場合、Vinの変換結果は9、10、又は11の間で変化するので、複数回のA/D変換を実行して平均化することにより、A/D変換結果が10.25に近づくことが期待できる。   FIG. 37 is a diagram showing an image of A / D conversion when the circuit has high noise. In the example of FIG. 37, there is a lot of circuit noise, and the value of Vin is between the code transition noise range 3701 in which the A / D conversion result changes between 9 and 10, and the A / D conversion result is between 10 and 11. The state included in the changing code transition noise range 3702 is shown. In this case, since the conversion result of Vin changes between 9, 10, or 11, the A / D conversion result approaches 10.25 by performing A / D conversion multiple times and averaging. Can be expected.

図38は、回路が低ノイズでディザー信号を印加した場合のA/D変換のイメージを示す図である。図36において、ディザー信号発生部3501は、例えば、±0.5LSBの一様なノイズを発生しているものとする。   FIG. 38 is a diagram showing an image of A / D conversion when the circuit applies low-noise and a dither signal. In FIG. 36, it is assumed that the dither signal generator 3501 generates a uniform noise of ± 0.5 LSB, for example.

この場合、Vinは、9.75〜10.75で変化するので、A/D変換結果は10又は11となり、3:1の割合で11が出現する。したがって、複数回のA/D変換を実行して平均化することにより、A/D変換結果が10.25に近づく、すなわち、平均化の効果が得られるようになる。   In this case, since Vin changes from 9.75 to 10.75, the A / D conversion result is 10 or 11, and 11 appears at a ratio of 3: 1. Therefore, by executing A / D conversion a plurality of times and averaging, the A / D conversion result approaches 10.25, that is, the effect of averaging can be obtained.

上記の構成により、第1のADC110と第2のADC120とを組合せたA/D変換器100において、第2のADC120(逐次比較ADC)のビット長を増加させなくても、βの値の推定精度を向上させることができるようになる。   With the above configuration, in the A / D converter 100 in which the first ADC 110 and the second ADC 120 are combined, the value of β is estimated without increasing the bit length of the second ADC 120 (successive comparison ADC). The accuracy can be improved.

11 比較器
13 演算増幅器
100 A/D変換器
110 β変換サイクリックADC(β変換サイクリック型A/D変換回路)
111 演算増幅部
120 逐次比較ADC(逐次比較型A/D変換回路)
222 β値推定制御部
1300 容量アレイ
1300−1 第1の容量アレイ
1300−2 第2の容量アレイ
3301 DAC(D/A変換回路)
3402 ビット長制御部
3501 ディザー信号発生部(信号発生部)
3503 平均処理部
〜CN−1、C 複数の容量素子
Cb 積分容量
SW3 スイッチ(切替部)
SW7 スイッチ(入力回路)
11 Comparator 13 Operational Amplifier 100 A / D Converter 110 β Conversion Cyclic ADC (β Conversion Cyclic A / D Conversion Circuit)
111 operational amplifier 120 successive approximation ADC (successive comparison type A / D conversion circuit)
222 β value estimation control unit 1300 Capacitance array 1300-1 First capacitor array 1300-2 Second capacitor array 3301 DAC (D / A conversion circuit)
3402 Bit length controller 3501 Dither signal generator (signal generator)
3503 Average processing unit C 0 to C N−1 , C d A plurality of capacitive elements Cb integral capacitance SW 3 switch (switching unit)
SW7 switch (input circuit)

Claims (10)

複数のA/D変換方式を組合せたA/D変換器であって、
非2進のβ変換サイクリック型A/D変換回路と2進以下の逐次比較型A/D変換回路とを共に含んで構成され、
所定のビット範囲のA/D変換を担当するA/D変換回路に前記β変換サイクリック型A/D変換回路を適用し、
前記所定のビット範囲より下位のビット範囲のA/D変換を担当するA/D変換回路に前記逐次比較型A/D変換回路を適用し、
前記β変換サイクリック型A/D変換回路による前記所定のビット範囲のA/D変換結果と、
前記所定のビット範囲のA/D変換後の残差信号を前記逐次比較型A/D変換回路でA/D変換して得られた前記下位のビット範囲のA/D変換結果と、
をデジタル合成部で合成して、前記A/D変換器が出力するA/D変換結果を得ることを特徴とするA/D変換器。
An A / D converter combining a plurality of A / D conversion methods,
A non-binary β conversion cyclic A / D conversion circuit and a binary or less successive approximation A / D conversion circuit are included.
Applying the β conversion cyclic A / D conversion circuit to an A / D conversion circuit in charge of A / D conversion of a predetermined bit range;
Applying the successive approximation A / D conversion circuit to an A / D conversion circuit in charge of A / D conversion of a bit range lower than the predetermined bit range;
A / D conversion result of the predetermined bit range by the β conversion cyclic A / D conversion circuit;
An A / D conversion result of the lower bit range obtained by A / D converting the residual signal after A / D conversion of the predetermined bit range by the successive approximation A / D conversion circuit;
A / D converter characterized in that an A / D conversion result output from the A / D converter is obtained by synthesizing with a digital synthesis unit.
前記逐次比較型A/D変換回路は、複数の容量素子を含む容量アレイを用いて前記下位のビット範囲のA/D変換を実行し、
前記β変換サイクリック型A/D変換回路は、前記容量アレイを積分容量として使用して前記所定のビット範囲のA/D変換を実行することを特徴とする請求項1に記載のA/D変換器。
The successive approximation A / D converter circuit performs A / D conversion of the lower bit range using a capacitor array including a plurality of capacitors.
The A / D conversion according to claim 1, wherein the β conversion cyclic A / D conversion circuit performs A / D conversion of the predetermined bit range using the capacitor array as an integration capacitor. converter.
複数の前記容量アレイを有し、
第1の容量アレイを用いて、前記β変換サイクリック型A/D変換回路が前記所定のビット範囲のA/D変換を実行した後、前記逐次比較型A/D変換回路が前記下位のビット範囲のA/D変換を実行し、
前記第1の容量アレイを用いた前記下位のビット範囲のA/D変換が終了する前に、前記第1の容量アレイとは異なる第2の容量アレイを用いて、前記β変換サイクリック型A/D変換回路が前記所定のビット範囲のA/D変換を開始するインタリーブ動作を行う請求項2に記載のA/D変換器。
Having a plurality of said capacitance arrays;
After the β conversion cyclic A / D conversion circuit performs A / D conversion of the predetermined bit range using the first capacitor array, the successive approximation A / D conversion circuit performs the lower order bit conversion. Perform A / D conversion of the range,
Before the A / D conversion of the lower-order bit range using the first capacitor array is completed, the β-converting cyclic A using the second capacitor array different from the first capacitor array is used. 3. The A / D converter according to claim 2, wherein an / D conversion circuit performs an interleaving operation for starting A / D conversion of the predetermined bit range.
前記A/D変換器に含まれる1つ以上の前記β変換サイクリック型A/D変換回路は、前記β変換サイクリック型A/D変換回路の入力ノードに予め定められた電圧を入力する入力回路を有する請求項1乃至3のいずれか一項に記載のA/D変換器。   The one or more β conversion cyclic A / D conversion circuits included in the A / D converter have inputs that input a predetermined voltage to an input node of the β conversion cyclic A / D conversion circuit. The A / D converter according to any one of claims 1 to 3, further comprising a circuit. 前記β変換サイクリックA/D変換回路で使用される基準電圧Vref1と、
前記逐次比較型A/D変換回路で使用される基準電圧Vref2と、
前記β変換サイクリックA/D変換回路と前記逐次比較型A/D変換回路との間のオフセット電圧Voffと、
の間にVref2≧Vref1+Voffの関係が成り立つように、Vref1及びVref2が設定されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載のA/D変換器。
A reference voltage Vref1 used in the β conversion cyclic A / D conversion circuit;
A reference voltage Vref2 used in the successive approximation A / D converter circuit;
An offset voltage Voff between the β conversion cyclic A / D conversion circuit and the successive approximation A / D conversion circuit;
5. The A / D converter according to claim 1, wherein Vref <b> 1 and Vref <b> 2 are set such that a relationship of Vref <b> 2 ≧ Vref <b> 1 + Voff is established between the two.
前記逐次比較型A/D変換回路の信号比較ノードに接続されるD/A変換回路を有し、
前記D/A変換回路の出力信号を用いて前記逐次比較型A/D変換回路のオフセット電圧をキャンセルすることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載のA/D変換器。
A D / A converter circuit connected to a signal comparison node of the successive approximation A / D converter circuit;
6. The A / D converter according to claim 1, wherein an offset voltage of the successive approximation type A / D converter circuit is canceled using an output signal of the D / A converter circuit. .
前記逐次比較型A/D変換回路の信号比較ノードにディザー信号を入力する信号発生部を有する請求項1乃至6のいずれか一項に記載のA/D変換器。   The A / D converter according to claim 1, further comprising: a signal generation unit that inputs a dither signal to a signal comparison node of the successive approximation A / D converter circuit. 前記逐次比較型A/D変換回路による複数のA/D変換結果を平均化して、前記逐次比較型A/D変換回路の実効分解能を向上させる平均処理部を有する請求項1乃至7のいずれか一項に記載のA/D変換器。   The average processing unit that averages a plurality of A / D conversion results by the successive approximation A / D converter circuit and improves the effective resolution of the successive approximation A / D converter circuit. The A / D converter according to one item. 前記逐次比較型A/D変換回路で実行するA/D変換のビット長を変更するビット長制御部を有する請求項1乃至8のいずれか一項に記載のA/D変換器。   The A / D converter according to claim 1, further comprising a bit length control unit that changes a bit length of A / D conversion executed by the successive approximation A / D conversion circuit. 前記β変換サイクリック型A/D変換回路は、
比較対象となる比較電圧としきい値とを比較し、比較結果を示すデジタル値を出力する比較器と、
β(1<β<2)倍の増幅率を有し、前記比較器の比較結果に応じた所定の演算を実行して、前記残差信号を生成する演算増幅部と、
入力信号をサンプリングするとき、前記入力信号を前記比較電圧として出力し、前記サンプリングが終了した後、前記残差信号を前記比較電圧として出力する切替部と、
所定の入力電圧を前記A/D変換器でA/D変換した結果を用いて、前記βの値を推定するβ値推定制御部と、
を有し、
前記デジタル合成部は、
前記β変換サイクリック型A/D変換回路による前記所定のビット範囲のβ進A/D変換結果を、前記β値推定制御部が推定した前記βの値の推定結果を用いて、2進に変換した結果と、前記逐次比較型A/D変換回路による前記下位のビット範囲のA/D変換結果とを合成し、2進のA/D変換結果を出力することを特徴とする請求項1乃至9のいずれか一項に記載のA/D変換器。
The β conversion cyclic A / D conversion circuit is:
A comparator that compares a comparison voltage to be compared with a threshold value and outputs a digital value indicating a comparison result;
an operational amplification unit that has an amplification factor of β (1 <β <2), performs a predetermined calculation according to the comparison result of the comparator, and generates the residual signal;
When sampling the input signal, the input signal is output as the comparison voltage, and after the sampling is completed, the switching unit that outputs the residual signal as the comparison voltage;
A β value estimation control unit that estimates the value of β using a result of A / D conversion of a predetermined input voltage by the A / D converter;
Have
The digital synthesis unit
The β-adic A / D conversion result of the predetermined bit range by the β-converting cyclic A / D conversion circuit is binarized using the β value estimation result estimated by the β-value estimation control unit. 2. The result of conversion and the A / D conversion result of the lower bit range by the successive approximation A / D conversion circuit are combined to output a binary A / D conversion result. The A / D converter as described in any one of thru | or 9.
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