JP2019128248A - ピーク・ボトム検出回路、ａ／ｄコンバータ及び集積回路 - Google Patents

Abstract

【課題】デッドタイムの発生を抑制することを目的としている。【解決手段】３つ以上の複数のキャパシタと、前記複数のキャパシタのうち、何れかのキャパシタの電圧と入力電圧とを比較する比較器と、前記複数のキャパシタのうち、何れかのキャパシタの電圧を増幅させる演算増幅器と、前記複数のキャパシタのそれぞれを前記比較器、前記演算増幅器、前記入力電圧の供給源の何れかに接続させる、前記複数のキャパシタのそれぞれと対応した３つ以上の複数のスイッチと、前記複数のキャパシタのうちの３つのキャパシタのそれぞれの接続先が異なるように、前記複数のキャパシタの接続先を順次切り替える制御信号を生成して前記複数のスイッチのそれぞれに供給する制御部と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、ピーク・ボトム検出回路、Ａ／Ｄコンバータ及び集積回路に関する。

従来から、コンパレータとキャパシタを有するピークホールド回路の後段に、Ａ／Ｄコンバータを接続し、ピークホールド回路からアナログ量として出力された電圧をＡ／Ｄコンバータによりデジタル値に変換して、電圧のピーク値を取得する技術が知られている。

特開平４−３１７７１号公報 特開２００３−２１５１７３号公報

上述した従来の方式では、ピークホールド回路が電圧のピークを検出することができないデッドタイムが生じる。デッドタイムとなる期間は、具体的には、ピークホールド回路の出力をＡ／Ｄコンバータがサンプリングしている期間と、サンプリングの終了後にリセットされたキャパシタの電圧を検出対象の電圧に近づけるセトリング期間である。

開示の技術は、デッドタイムの発生を抑制することを目的としている。

開示の技術は、３つ以上の複数のキャパシタと、前記複数のキャパシタのうち、何れかのキャパシタの電圧と入力電圧とを比較する比較器と、前記複数のキャパシタのうち、何れかのキャパシタの電圧を増幅させる演算増幅器と、前記複数のキャパシタのそれぞれを前記比較器、前記演算増幅器、前記入力電圧の供給源の何れかに接続させる、前記複数のキャパシタのそれぞれと対応した３つ以上の複数のスイッチと、前記複数のキャパシタのうちの３つのキャパシタのそれぞれの接続先が異なるように、前記複数のキャパシタの接続先を順次切り替える制御信号を生成して前記複数のスイッチのそれぞれに供給する制御部と、を有するピーク・ボトム検出回路である。

デッドタイムの発生を抑制することができる。

第一の実施形態のＡ／Ｄコンバータを示す図である。 第一の実施形態のスイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３を説明する図である。 ピーク検出モードとボトム検出モードの切り替えについて説明する図である。 ピーク検出モードにおけるピーク・ボトム検出回路の動作を説明するタイミングチャートである。 ボトム検出モードにおけるピーク・ボトム検出回路の動作を説明するタイミングチャートである。 比較器の一例を示す図である。 演算増幅器の一例を示す図である。 第二の実施形態のＡ／Ｄコンバータを示す図である。 第三の実施形態の集積装置の一例を示す第一の図である。 第三の実施形態の集積装置の一例を示す第二の図である。 集積回路におけるピーク・ボトム検出回路の配置の例を示す図である。

（第一の実施形態）
以下に図面を参照して、第一の実施形態について説明する。図１は、第一の実施形態のＡ／Ｄコンバータを示す図である。

本実施形態のＡ／Ｄ（Analog-to-Digital）コンバータ１００は、ピーク・ボトム検出回路２００と、Ａ／Ｄ変換器３００とを有する。Ａ／Ｄコンバータ１００は、ピーク・ボトム検出回路２００からアナログ信号として出力される電圧を、Ａ／Ｄ変換器３００によりデジタル値に変換した値を出力する。

本実施形態のピーク・ボトム検出回路２００は、電源２０１、２０２、電流源２０３、２０４、比較器２０５、演算増幅器２０６、制御部２１０、キャパシタＣ１、Ｃ２、Ｃ３、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５を有する。

電源２０１は、ピーク・ボトム検出回路２００によるピーク値又はボトム値の検出の対象（監視対象）とされる電源電圧を出力する。尚、本実施形態では、ピーク・ボトム検出回路２００によるピーク値又はボトム値の検出の対象となる電圧を、電源２０１から出力される電源電圧としたが、これに限定されない。ピーク・ボトム検出回路２００では、比較器２０５の非反転入力端子に入力される電圧のピーク値又はボトム値の検出するものであり、この電圧は、どこから出力される電圧であっても良い。

ピーク・ボトム検出回路２００において、比較器２０５の非反転入力端子は、電源２０１と接続されている。また、比較器２０５の反転入力端子は、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３と接続されている。さらに、比較器２０５の反転入力端子は、スイッチＳＷ４とスイッチＳＷ５との接続点と接続されている。比較器２０５の出力端子は、制御部２１０と接続される。言い換えれば、比較器２０５から出力される出力信号であるＣＭＰＯ信号は、制御部２１０へ供給される。

尚、本実施形態の比較器２０５は、例えば、反応速度が１［ｎｓｅｃ］以上のコンパレータであることが好ましい。また、本実施形態の比較器２０５は、例えば、クロックドコンパレータを自己励振動作させることで、実現しても良い。

スイッチＳＷ４は、電源２０２と接続された電流源２０３と、スイッチＳＷ５との間に接続されている。スイッチＳＷ５は、スイッチＳＷ４と、接地と接続された電流源２０４との間に接続されている。

電流源２０３は、後述するピーク検出モードにおいて、スイッチＳＷ４を介してキャパシタＣ１〜Ｃ３の充放電を行う。また、電流源２０４は、後述するボトム検出モードにおいて、スイッチＳＷ５を介してキャパシタＣ１〜Ｃ３の充放電を行う。尚、電流源２０３、２０４による充放電の速度は、１００［ｍＶ／ｎＳｅｃ］程度であっても良い。

演算増幅器２０６は、一方の入力端子が、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３と接続されており、他方の入力端子が演算増幅器２０６の出力端子である接続されたボルテージフォロア回路を構成している。演算増幅器２０６の出力端子は、Ａ／Ｄ変換器３００の入力端子と接続され演算増幅器２０６の出力信号であるＤＥＴＯ信号がＡ／Ｄ変換器３００へ供給される。

尚、本実施形態の演算増幅器２０６は、例えば、１００［ｍＶ／μＳｅｃ］程度で応答するオペアンプであることが好ましい。また、本実施形態の演算増幅器２０６は、後述するホールド工程にあるキャパシタＣｎの電圧値を増幅し、後段のＡ／Ｄ変換器３００へ出力する。

キャパシタＣ１は、スイッチＳＷ１と接地との間に接続されており、キャパシタＣ２は、スイッチＳＷ２と接地との間に接続されており、キャパシタＣ３は、スイッチＳＷ３と接地との間に接続されている。

スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３は、それぞれが、端子Ｐ、端子Ｄ、端子Ｈ、端子Ｃを有する。スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３のそれぞれにおいて、端子Ｃは、対応するキャパシタＣ１、Ｃ２、Ｃ３と接続されている。

また、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３において、端子Ｐは、電源２０１と接続されており、端子Ｄは、比較器２０５の反転入力端子と接続されており、端子Ｈは、演算増幅器２０６の一方の入力端子と接続されている。

本実施形態のスイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３は、制御部２１０から供給される制御信号ＳＷｎ＿Ｐ、ＳＷｎ＿Ｄ、ＳＷｎ＿Ｈに応じて、端末Ｃを、端子Ｐ、端子Ｄ、端子Ｈの何れかと接続させる。

言い換えれば、本実施形態のスイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３は、制御部２１０から供給される制御信号ＳＷｎ＿Ｐ、ＳＷｎ＿Ｄ、ＳＷｎ＿Ｈに応じて、キャパシタＣ１、Ｃ２、Ｃ３を、電源２０１、比較器２０５、演算増幅器２０６の何れに接続させる。

このとき、制御部２１０は、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３のそれぞれにおいて、端子Ｃの接続先が異なるように、制御信号ＳＷｎ＿Ｐ、ＳＷｎ＿Ｄ、ＳＷｎ＿Ｈを生成する。

例えば、制御部２１０は、スイッチＳＷ１において端子Ｃを端子Ｐと接続させるとき、スイッチＳＷ２では、端子Ｃを端子Ｄと接続させ、スイッチＳＷ３では、端子Ｃを端子Ｈに接続させる。また、制御部２１０は、スイッチＳＷ１において、端子Ｃを端子Ｄに接続させるとき、スイッチＳＷ２の端子Ｃを端子Ｐと接続させ、スイッチＳＷ３の端子Ｃを端子Ｈに接続される。

このように、制御部２１０は、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３における端子Ｃの接続先が、それぞれ異なるように、端子Ｃの接続先を順次切り替えていく。言い換えれば、本実施形態の制御部２１０は、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３によって、キャパシタＣ１、Ｃ２、Ｃ３の接続先を順次切り替えていく。

本実施形態のスイッチＳＷ４は、制御部２１０から供給される制御信号ＳＷＰによりオン／オフ（接続／遮断）が制御され、スイッチＳＷ５は、制御部２１０から供給される制御信号ＳＷＢによりオン／オフ（接続／遮断）が制御される。

本実施形態の制御部２１０は、ＣＭＰＯ信号と、ＳＴＢ信号と、ＭＯＤＥ信号と、が入力される。また、制御部２１０は、制御信号ＳＷｎ＿Ｐ、ＳＷｎ＿Ｄ、ＳＷｎ＿Ｈ、制御信号ＳＷＰ、ＳＷＢを生成して出力する。また、本実施形態の制御部２１０は、モード切替部２２０を有する。

本実施形態のモード切替部２２０は、ＭＯＤＥ信号に応じて、ピーク・ボトム検出回路２００の動作モードを切り替える。ピーク検出モードとは、電源２０１の電源電圧のピーク値を検出するモードであり、ボトム検出モードとは、電源２０１の電源電圧のボトム値を検出するモードである。また、本実施形態の制御部２１０は、ＭＯＤＥ信号とＣＭＰＯ信号に応じて、制御信号ＳＷＰと制御信号ＳＷＢを生成する。

ＣＭＰＯ信号は、比較器２０５の出力信号である。言い換えれば、ＣＭＰＯ信号は、電源２０１から供給される電圧と、比較器２０５と接続されたキャパシタＣ１〜Ｃ３の何れかの電圧とを比較した結果を示す信号である。

ＳＴＢ（ストローブ）信号は、データを読みとるためのタイミング信号である。より具体的には、ＳＴＢ信号は、演算増幅器２０６と接続されたキャパシタＣｎの電圧を読み取るためのタイミング信号である。ＳＴＢ信号は、例えば、ピーク・ボトム検出回路２００の上位装置等から入力されても良い。

ＭＯＤＥ信号は、ピーク・ボトム検出回路２００の動作モードを、ピーク検出モードと、ボトム検出モードの何れかとするための信号である。ＭＯＤＥ信号は、ピーク・ボトム検出回路２００の上位装置等から入力されても良い。

本実施形態のピーク・ボトム検出回路２００は、ＭＯＤＥ信号により、ボトム検出モードが選択されている場合には、電源２０１から出力される電源電圧のピーク値を検出し、ボトム検出モードが選択されている場合には、電源２０１から出力される電源電圧のボトム値を検出する。

制御信号ＳＷｎ＿Ｐ、ＳＷｎ＿Ｄ、ＳＷｎ＿Ｈは、ＳＴＢ信号と、比較器２０５から出力されるＣＭＰＯ信号に基づき生成される。本実施形態のスイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３は、制御信号ＳＷｎ＿Ｐ、ＳＷｎ＿Ｄ、ＳＷｎ＿Ｈに応じて、端子Ｃの接続先（端子Ｐ、端子Ｄ、端子Ｈ）を切り替える。

本実施形態のＡ／Ｄ変換器３００は、低電力のＡ／Ｄ変換器であり、演算増幅器２０６から出力されるＤＥＴＯ信号が示す電圧をデジタル値とする。

次に、図２を参照して、本実施形態のスイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３について説明する。図２は、第一の実施形態のスイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３を説明する図である。図２（Ａ）は、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３を示す図であり、図２（Ｂ）は、真理値表を示す。

図２（Ａ）に示すように、本実施形態のスイッチＳＷｎは、制御信号ＳＷｎ＿Ｐ、ＳＷｎ＿Ｄ、ＳＷｎ＿Ｈのそれぞれの値に応じて、端子Ｃの接続先が端子Ｐ、端子Ｄ、端子Ｈの何れかに決まる。スイッチＳＷｎにおける、制御信号ＳＷｎ＿Ｐ、ＳＷｎ＿Ｄ、ＳＷｎ＿Ｈのそれぞれの値と、端子Ｃの接続先との関係は、図２（Ｂ）の真理値表２１によって示される。

本実施形態のスイッチＳＷｎは、制御信号ＳＷｎ＿Ｐの値がハイレベル（以下、Ｈレベル）であり、制御信号ＳＷｎ＿Ｄの値がローレベル（以下、Ｌレベル）であり、制御信号ＳＷｎ＿Ｈの値がＬレベルであるとき、端子Ｃは端子Ｐに接続される。つまり、キャパシタＣｎは、電源２０１と接続され、電源２０１から供給される電圧によって充電（プリチャージ）される。

また、スイッチＳＷｎは、制御信号ＳＷｎ＿Ｐの値がＬレベルであり、制御信号ＳＷｎ＿Ｄの値がＨレベルであり、制御信号ＳＷｎ＿Ｈの値がＬレベルであるとき、端子Ｃは端子Ｄに接続される。つまり、キャパシタＣｎは、比較器２０５の反転端子と接続される。ピーク・ボトム検出回路２００では、キャパシタＣｎが比較器２０５と接続されると、電源電圧とキャパシタＣｎの電圧とを比較し、電源電圧のピーク値又はボトム値が検出する。

また、スイッチＳＷｎは、制御信号ＳＷｎ＿Ｐの値がＬレベルであり、制御信号ＳＷｎ＿Ｄの値がＬレベルであり、制御信号ＳＷｎ＿Ｈの値がＨレベルであるとき、端子Ｃは端子Ｈに接続される。つまり、キャパシタＣｎは、演算増幅器２０６の一方の入力と接続され、演算増幅器２０６から、キャパシタＣｎの電圧に応じたＤＥＴＯ信号がＡ／Ｄ変換器３００へ出力される。

このように、本実施形態のピーク・ボトム検出回路２００では、制御信号ＳＷｎ＿Ｐ、ＳＷｎ＿Ｄ、ＳＷｎ＿Ｈにより、スイッチＳＷｎを切り替えることで、キャパシタＣｎに対して３つの状態を持たせる。

３つの状態とは、キャパシタＣｎをプリチャージする状態と、キャパシタＣｎの電圧を電源電圧に近づけて、電源電圧のピーク値又はボトム値を検出するまで（セトリング）の状態と、キャパシタＣｎの電圧値を後段のＡ／Ｄ変換器３００にサンプリングさせるための維持する（ホールド）状態である。以下の説明では、キャパシタＣｎをプリチャージする状態をプリチャージ状態と呼び、ピーク値又はボトム値を検出する状態を検出状態と呼び、キャパシタＣｎの電圧値を維持する状態をホールド状態と呼ぶ。

本実施形態のピーク・ボトム検出回路２００では、キャパシタＣｎとスイッチＳＷｎを３つ以上設け、キャパシタＣｎ毎の状態を、各キャパシタＣｎの状態が異なるように、順次切り替える。

本実施形態では、このように、各キャパシタＣｎのそれぞれの状態が異なるように、各キャパシタＣｎの状態を切り替えることで、キャパシタＣｎの何れかが検出状態のキャパシタとなる。

このため、本実施形態によれば、検出状態が途切れることがなく、デッドタイムの発生を抑制できる。したがって、本実施形態によれば、ピーク値やボトム値の検出結果を連続して出力することができる。

次に、図３を参照して、制御部２１０によるピーク検出モードとボトム検出モードの切り替えについて説明する。

図３は、ピーク検出モードとボトム検出モードの切り替えについて説明する図である。図３（Ａ）は、制御部２１０の有するモード切替部２２０を説明する図である。図３（Ｂ）は、各モードにおける制御信号ＳＷＰと制御信号ＳＷＢの値を説明する図である。

本実施形態のモード切替部２２０は、ＣＭＰＯ信号と、ＭＯＤＥ信号とが入力され、制御信号ＳＷＰと制御信号ＳＷＢとが出力される。制御信号ＳＷＰは、スイッチＳＷ４に供給され、制御信号ＳＷＢは、スイッチＳＷ５に供給される。

本実施形態のモード切替部２２０は、ＮＯＴ回路２２１、ＡＮＤ回路２２２、２２３を有する。

ＣＭＰＯ信号は、ＡＮＤ回路２２２の一方の入力と、ＡＮＤ回路２２３の一方の入力とに供給される。ＭＯＤＥ信号は、ＡＮＤ回路２２２の他方の入力と、ＮＯＴ回路２２１の入力とに供給される。

ＮＯＴ回路２２１の出力は、ＡＮＤ回路２２３の一方の入力の他方の入力に供給される。ＡＮＤ回路２２３の出力は、制御信号ＳＷＢとして、スイッチＳＷ５に供給される。

本実施形態では、図３（Ｂ）の真理値表３１に示すように、ＭＯＤＥ信号とＣＭＰＯ信号の値が共にＬレベルの場合、制御信号ＳＷＰ、制御信号ＳＷＢともにＬレベルとなる。

また、真理値表３１に示すように、ＭＯＤＥ信号がＬレベル、ＣＭＰＯ信号の値がＨレベルである場合、制御信号ＳＷＰがＬレベルとなり、制御信号ＳＷＢがＨレベルとなる。

つまり、本実施形態では、ＭＯＤＥ信号の値がＬレベルの場合には、制御信号ＳＷＰはＬレベルのままであり、スイッチＳＷ４は遮断された状態となる。言い換えれば、ピーク・ボトム検出回路２００は、ＭＯＤＥ信号の値がＬレベルの場合、キャパシタＣｎの電圧を放電させ、電源２０１の電源電圧のボトム値を検出するボトム検出モードとして動作する。

また、真理値表３１に示すように、ＭＯＤＥ信号がＨレベル、ＣＭＰＯ信号の値がＬレベルである場合、制御信号ＳＷＰ、制御信号ＳＷＢともにＬレベルとなる。また、ＭＯＤＥ信号とＣＭＰＯ信号の値が共にＨレベルである場合、制御信号ＳＷＰはＨレベル、制御信号ＳＷＢはＬレベルとなる。

つまり、本実施形態では、ＭＯＤＥ信号の値がＨレベルの場合には、制御信号ＳＷＢはＬレベルのままであり、スイッチＳＷ５は遮断された状態となる。言い換えれば、ピーク・ボトム検出回路２００は、ＭＯＤＥ信号の値がＨレベルの場合、電源２０２によりキャパシタＣｎを充電し、電源２０１の電源電圧のピーク値を検出するピーク検出モードとして動作する。

次に、図４及び図５を参照して、ピーク・ボトム検出回路２００の動作について説明する。

図４は、ピーク検出モードにおけるピーク・ボトム検出回路の動作を説明するタイミングチャートである。

はじめに、タイミングＴ１からタイミングＴ２までの区間Ｋ１におけるピーク・ボトム検出回路２００の動作について説明する。尚、区間Ｋ１は、ＳＴＢ信号の１周期に対応する。言い換えれば、図４のタイミングＴｎは、ＳＴＢ信号の立ち上がりに同期したタイミングである。したがって、本実施形態では、ピーク・ボトム検出回路２００において、キャパシタＣｎがプリチャージ状態である時間と、検出状態である時間と、ホールド状態である時間と、は、それぞれがＳＴＢ信号の１周期分の時間であり、時間比は同じである。

図４の例では、タイミングＴ１において、制御信号ＳＷ１＿Ｐの値はＨレベルであり、制御信号ＳＷ１＿Ｄと制御信号ＳＷ１＿Ｈの値はＬレベルである。したがって、区間Ｋ１において、キャパシタＣ１は、スイッチＳＷ１を介して電源２０１と接続されたプリチャージ状態となり、電圧ＶＣ１は上昇する。

また、タイミングＴ１において、制御信号ＳＷ２＿Ｐと、制御信号ＳＷ２＿Ｄの値がＬレベルであり、制御信号ＳＷ２＿Ｈの値はＨレベルである。したがって、区間Ｋ１において、キャパシタＣ２は、スイッチＳＷ２を介して演算増幅器２０６と接続されたホールド状態となる。区間Ｋ１において、演算増幅器２０６は、キャパシタＣ２の電圧ＶＣ２に応じたＤＥＴＯ信号をＡ／Ｄ変換器３００に出力する。

また、タイミングＴ１において、制御信号ＳＷ３＿Ｐと制御信号ＳＷ３＿Ｈの値はＬレベルであり、制御信号ＳＷ２＿Ｄの値はＨレベルである。したがって、区間Ｋ１において、キャパシタＣ３は、スイッチＳＷ３を介して比較器２０５と接続された検出状態となる。このとき、キャパシタＣ３は、電圧ＶＣ３を電源電圧ＶＤＤに追従させるために、電流源２０３によって充電される。

次に、タイミングＴ２からタイミングＴ３までの区間Ｋ２について説明する。本実施形態では、制御部２１０は、ＳＴＢ信号の立ち上がりのタイミングと同期して、制御信号ＳＷｎ＿Ｐ、制御信号ＳＷｎ＿Ｄ、制御信号ＳＷｎ＿Ｈの値を切り替え、キャパシタＣ１〜Ｃ３の状態を、それぞれが異なる状態となるように、順次切り替えていく。

タイミングＴ２において、制御信号ＳＷ１＿Ｐと制御信号ＳＷ１＿Ｈの値はＬレベルであり、制御信号ＳＷ１＿Ｄの値はＨレベルである。したがって、区間Ｋ１において、キャパシタＣ１は、スイッチＳＷ１を介して比較器２０５と接続された検出状態となる。

また、タイミングＴ２において、制御信号ＳＷ２＿Ｐの値がＨレベルとなり、制御信号ＳＷ２＿Ｄと制御信号ＳＷ２＿Ｈの値はＬレベルとなる。したがって、区間Ｋ２において、キャパシタＣ２は、スイッチＳＷ２を介して電源２０１と接続されたプリチャージ状態となる。

また、タイミングＴ２において、制御信号ＳＷ３＿Ｐと制御信号ＳＷ３＿Ｄの値はＬレベルとなり、制御信号ＳＷ３＿Ｈの値はＨレベルとなる。したがって、区間Ｋ３において、キャパシタＣ３は、スイッチＳＷ３を介して演算増幅器２０６と接続されたホールド状態となる。

ここで、図４では、区間Ｋ２におけるタイミングＴｐにおいて、電源電圧ＶＤＤのピーク値が検出される。ピーク値は、比較器２０５の反転入力端子に印加されるキャパシタＣｎの電圧が、電源電圧ＶＤＤより高くなったときの電源電圧ＶＤＤの値である。

タイミングＴｐにおいて、ピーク値が検出されると、比較器２０５の出力信号であるＣＭＰＯ信号は、Ｌレベルとなる。

また、区間Ｋ２において、ピーク値が検出されると、キャパシタＣ１の電圧ＶＣ１は維持される。そして、タイミングＴ３において、スイッチＳＷ１のＣ端子がＨ端子と接続されてキャパシタＣ１がホールド状態となると、電圧ＶＣ１に応じたＤＥＴＯ信号が、演算増幅器２０６から出力され、Ａ／Ｄ変換器３００へ供給される。

また、タイミングＴ３において、キャパシタＣ２は、スイッチＳＷ２のＣ端の接続先がＰ端子からＤ端子に切り替えられて、プリチャージ状態から検出状態となる。

また、タイミングＴ３において、キャパシタＣ３は、スイッチＳＷ３のＣ端子の接続先がＨ端子からＰ端子へ切り替えられて、ホールド状態からプリチャージ状態とし、電源電圧ＶＤＤに追従させる。つまり、本実施形態では、ホールド状態にあったキャパシタＣ３の電圧ＶＣ３をリセット（放電）せずに、電源電圧ＶＤＤに追従させる。

このため、本実施形態によれば、キャパシタＣｎを放電した後に、電源電圧に追従させるためのキャパシタＣｎの充電にかかる消費電力を削減することができる。また、本実施形態によれば、キャパシタＣｎの電圧ＶＣｎがリセットされた後の充電において発生する突入充電電流によるノイズの発生等を抑制できる。

さらに、本実施形態では、キャパシタＣｎをＳＴＢ信号１周期分の間ホールド状態とすることで、キャパシタＣｎの電圧値をＡ／Ｄ変換器３００にサンプリングさせる時間を十分に設けることができる。

次に、図５を参照して、ボトム検出モードにおけるピーク・ボトム検出回路２００の動作について説明する。

図５は、ボトム検出モードにおけるピーク・ボトム検出回路の動作を説明するタイミングチャートである。

図５の例では、タイミングＴ３からタイミングＴ４までの区間Ｋ３におけるタイミングＴｂにおいて、ボトム値が検出された例を示している。

ここで、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３の動作は、図４と同様である。図５では、ボトム検出モードであるため、電源電圧ＶＤＤの値が検出状態のキャパシタＣｎの電圧ＶＣｎよりも高くなると、ＣＭＰＯ信号が出力される。そして、電源電圧ＶＤＤの値が検出状態のキャパシタＣｎの電圧ＶＣｎよりも低くなったとき、ボトム値として検出される。上述した動作以外は、図４で説明した動作と同様であるから、説明を省略する。

以下に、図６及び図７を参照して、比較器２０５と演算増幅器２０６について説明する。

図６は、比較器の一例を示す図である。本実施形態の比較器２０５は、クロックドコンパレータである。図６（Ａ）は、リセット動作時の比較器２０５の例を示し、図６（Ｂ）は、比較動作時の比較器２０５の例を示している。

比較器２０５は、入力信号ＩＮ１をゲートに入力し、出力端子ＯＵＴ１に電流Ｉ１を供給するＰチャネルトランジスタＰ１と、判定値または比較値である入力信号ＩＮ２をゲートに入力し出力端子ＯＵＴ２に電流Ｉ２を供給するＰチャネルトランジスタＰ２とを有する。これらのトランジスタＰ１、Ｐ２のソースは電源Ｖｃｃに接続されている。また、比較器２０５は、電流Ｉ１，Ｉ２による第１及び第２の出力端子ＯＵＴ１と出力端子ＯＵＴ２との電位差に応じて、出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２の電位差を増幅する増幅回路とを有する。

この増幅回路は、ゲートとドレインが交差接続されたＰチャネルトランジスタＰ３、Ｐ４と、ゲートとドレインが交差接続されたＮチャネルトランジスタＮ５、Ｎ６とを有し、ラッチ機能を有する。

また、比較器２０５はリセット動作時にオンになり、出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２をグランドＧＮＤ電位にするスイッチ対ＳＷ６１，ＳＷ６２を有する。図６（Ａ）に示すリセット動作時はスイッチＳＷ６１、ＳＷ６２がオン状態になり，図６（Ｂ）に示す比較動作時はスイッチＳＷ６１、ＳＷ６２がオフ状態になる。

図７は、演算増幅器の一例を示す図である。演算増幅器２０６は、トランジスタＴＲ１〜ＴＲ９と、インバータ７１とを有する。トランジスタＴＲ１、ＴＲ２、ＴＲ５、ＴＲ６、ＴＲ９はＮチャネルトランジスタ、トランジスタＴＲ３、ＴＲ４、ＴＲ７、ＴＲ８がＰチャネルトランジスタである。

トランジスタＴＲ１のゲートには、逆相入力が印加され、トランジスタＴＲ２のゲートには正相入力が印加される。トランジスタＴＲ５とトランジスタＴＲ６のゲートには、バイアスが印加される。トランジスタＴＲ８には、インバータ７１で反転されたパワーダウン信号ＰＤが印加される。トランジスタＴＲ９には、パワーダウン信号ＰＤが印加される。

演算増幅器２０６では、パワーダウン信号ＰＤがアクティブになると、トランジスタＴＲ８及びトランジスタＴＲ９がそれぞれオンとなり、トランジスタＴＲ５及びＴＲ６、並びにトランジスタＴＲ７がそれぞれオフとなり、演算増幅器２０６の動作は停止し、出力ｏｕｔはハイインピーダンス状態となる。

尚、図６及び図７に示す比較器２０５と演算増幅器２０６は、一例であり、本実施形態の比較器２０５と演算増幅器２０６の構成は、これに限定されない。

以上のように、本実施形態によれば、３つのキャパシタＣを有し、各キャパシタＣの状態を順次切り替えていくことで、電源電圧のピーク値又はボトム値の検出を連続して行うことができ、デッドタイムを抑制することができる。

（第二の実施形態）
以下に図面を参照して第二の実施形態について説明する。第二の実施形態では、キャパシタＣｎを４つ以上設けた点が、第一の実施形態と相違する。よって、以下の第二の実施形態の説明では、第一の実施形態との相違点についてのみ説明し、第一の実施形態と同様の機能構成を有するものには、第一の実施形態の説明で用いた符号と同様の符号を付与し、その説明を省略する。

図８は、第二の実施形態のＡ／Ｄコンバータを示す図である。本実施形態のＡ／Ｄコンバータ１００Ａは、ピーク・ボトム検出回路２００Ａと、Ａ／Ｄ変換器３００とを有する。

本実施形態のピーク・ボトム検出回路２００Ａは、制御部２１０Ａと、電源２０１、２０２、電流源２０３、２０４、比較器２０５、演算増幅器２０６、スイッチＳＷ１〜ＳＷ５、ＳＷ４１、ＳＷ５１、キャパシタＣ１〜Ｃ５を有する。

本実施形態の制御部２１０Ａは、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３、ＳＷ４１、ＳＷ５１のそれぞれについて、Ｃ端子の接続先をＰ端子、Ｄ端子、Ｈ端子の何れかとするための制御信号ＳＷｎ＿Ｐ、ＳＷｎ＿Ｄ、ＳＷｎ＿Ｈを出力する。

本実施形態では、プリチャージ状態、検出状態、ホールド状態の３つの状態に対し、５つのキャパシタＣｎを設けることで、ピーク・ボトム検出回路２００Ａにおけるプリチャージ状態の時間と、検出状態の時間と、ホールド状態の時間との時間比を変更することができる。

図８の例では、キャパシタＣ１〜キャパシタＣ５のうち、キャパシタＣ１、Ｃ２、Ｃ３を同時にプリチャージ状態となる。このとき、キャパシタＣ１〜Ｃ３がプリチャージ状態である時間は、ＳＴＢ信号の１周期分の時間である。つまり、本実施形態では、ＳＴＢ信号の１周期分の時間プリチャージを行うキャパシタＣｎが３つ存在することになる。これは、１つのキャパシタＣｎに対して、ＳＴＢ信号の３周期分の時間をプリチャージ状態とである時間とすることと等価である。

このように、本実施形態では、複数のキャパシタＣｎを同時に同じ状態とすることで、プリチャージ状態の時間と、検出状態の時間と、ホールド状態の時間との時間比を変更することができる。

尚、図８では、キャパシタＣ１〜Ｃ３を同時にプリチャージ状態とするものとしたが、これに限定されない。本実施形態では、例えば、キャパシタＣ１、Ｃ２を同時にプリチャージ状態とし、キャパシタＣ３、Ｃ４を同時に検出状態としても良い。

本実施形態では、このように、各状態の時間比を任意に変更することができる。このため、本実施形態では、例えば、Ａ／Ｄ変換器３００がキャパシタＣｎの電圧値をサンプリングする時間と比較して、プリチャージにかかる時間やセトリング時間を長くする必要がある場合等に適用すれば、Ａ／Ｄ変換器３００の性能を発揮させることができる。

（第三の実施形態）
以下に図面を参照して第三の実施形態について説明する。第三の実施形態では、第一の実施形態で説明したピーク・ボトム検出回路を複数搭載した集積回路である点が、第一の実施形態と相違する。よって、以下の第三の実施形態の説明では、第一の実施形態との相違点について説明し、第一の実施形態と同様の機能構成を有するものには、第一の実施形態の説明で用いた符号と同様の符号を付与し、その説明を省略する。

図９は、第三の実施形態の集積装置の一例を示す第一の図である。本実施形態の集積回路４００は、複数のピーク・ボトム検出回路２００Ｂ−１と、ピーク・ボトム検出回路２００Ｂ−２と、Ａ／Ｄ変換器３００と、切り替え回路３５０と、を有する。

本実施形態のピーク・ボトム検出回路２００Ｂ−１とピーク・ボトム検出回路２００Ｂ−２は、複数のピーク・ボトム検出回路２００Ｂにより電源２０１を共有している点のみ、第一の実施形態のピーク・ボトム検出回路２００と相違する。

また、本実施形態の集積回路４００において、切り替え回路３５０は、スイッチＳＷ３１、ＳＷ３２を有する。スイッチＳＷ３１は、ピーク・ボトム検出回路２００Ｂ−１とＡ／Ｄ変換器３００との接続／遮断を切り替える。スイッチＳＷ３２は、ピーク・ボトム検出回路２００Ｂ−２とＡ／Ｄ変換器３００との接続／遮断を切り替える。

尚、切り替え回路３５０は、集積回路４００の上位の回路（図示せず）より入力される切り替え制御信号により、スイッチＳＷ３１とスイッチＳＷ３２のオン／オフを制御しても良い。具体的には、例えば、切り替え回路３５０は、スイッチＳＷ３１と、スイッチＳＷ３２とを交互にオンさせることで、ピーク・ボトム検出回路２００Ｂ−１とピーク・ボトム検出回路２００Ｂ−２の両者から出力される電圧をデジタル値に変換することができる。

図１０は、第三の実施形態の集積装置の一例を示す第二の図である。図１０の示す集積回路４００Ａは、ピーク・ボトム検出回路２００−１〜ピーク・ボトム検出回路２００−４と、Ａ／Ｄ変換器３００と、切り替え回路３６０と、を有する。

集積回路４００Ａにおいて、切り替え回路３６０は、スイッチＳＷ３３、ＳＷ３４、ＳＷ３５、ＳＷ３６を有する。

スイッチＳＷ３３は、ピーク・ボトム検出回路２００−１とＡ／Ｄ変換器３００との接続／遮断を切り替え、スイッチＳＷ３４は、ピーク・ボトム検出回路２００−２とＡ／Ｄ変換器３００との接続／遮断を切り替える。また、スイッチＳＷ３５は、ピーク・ボトム検出回路２００−３とＡ／Ｄ変換器３００との接続／遮断を切り替え、スイッチＳＷ３６は、ピーク・ボトム検出回路２００−４とＡ／Ｄ変換器３００との接続／遮断を切り替える。

尚、切り替え回路３６０は、集積回路４００Ａの上位の回路（図示せず）等から、スイッチＳＷ３３〜ＳＷ３６の切り替えを指示するための切り替え制御信号が供給され、この切り替え制御信号に応じて、スイッチＳＷ３３〜ＳＷ３６を順次切り替えていっても良い。

さらに、集積回路４００Ａでは、この上位の回路から、ピーク・ボトム検出回路２００−１〜２００−４に対して、ＤＥＴＯ信号の出力を指示するため出力指示信号が、供給されても良い。

このとき、切り替え回路３６０に供給される切り替え制御信号と、ピーク・ボトム検出回路２００−１〜２００−４に供給される出力指示信号とは、同期した信号となる。具体的には、例えば、スイッチＳＷ３３がオンされてピーク・ボトム検出回路２００−１とＡ／Ｄ変換器３００とが接続される場合には、ピーク・ボトム検出回路２００−１に対してＤＥＴＯ信号の出力指示信号が供給されても良い。

尚、図１０の例では、集積回路４００Ａに４つのピーク・ボトム検出回路２００が搭載されるものとしたが、これに限定されない。集積回路４００Ａに搭載されるピーク・ボトム検出回路２００の数は、任意の数であって良い。

図１１は、集積回路におけるピーク・ボトム検出回路の配置の例を示す図である。図１１では、集積回路４００Ａにおけるピーク・ボトム検出回路２００−１〜２００−４の配置の例を示す。

集積回路４００Ａでは、ピーク・ボトム検出回路２００−１〜２００−４は、例えば、集積回路４００Ａの基板の四隅に位置するように配置されても良い。言い換えれば、ピーク・ボトム検出回路２００−１〜２００−４は、集積回路４００Ａの基板の端部の近傍に配置されても良い。

本実施形態では、このようにピーク・ボトム検出回路２００−１〜２００−４を配置することで、例えば、基板上に形成された電源ラインについて、異なる位置で電源電圧のピーク値又はボトム値を検出することができる。

このような場合、ピーク・ボトム検出回路２００は、例えば、集積回路４００Ａに実行された回路のうち、消費電力が大きい回路の近傍等に配置されることが好ましい。また、電源ライン上の異なる位置で、電源電圧を検出する場合、ピーク・ボトム検出回路２００は、集積回路４００Ａの基板上において、分散して配置されることが好ましい。

以上、各実施形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、上記実施形態に示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することができ、その応用形態に応じて適切に定めることができる。

１００ Ａ／Ｄコンバータ
２００ ピーク・ボトム検出回路
２１０ 制御部
２０１、２０２ 電源
２０３、２０４ 電流源
２０５ 比較器
２０６ 演算増幅器
３００ Ａ／Ｄ変換器
３５０、３６０ 切り替え回路
４００ 集積回路

Claims (7)

1. ３つ以上の複数のキャパシタと、
   前記複数のキャパシタのうち、何れかのキャパシタの電圧と入力電圧とを比較する比較器と、
   前記複数のキャパシタのうち、何れかのキャパシタの電圧を増幅させる演算増幅器と、
   前記複数のキャパシタのそれぞれを前記比較器、前記演算増幅器、前記入力電圧の供給源の何れかに接続させる、前記複数のキャパシタのそれぞれと対応した３つ以上の複数のスイッチと、
   前記複数のキャパシタのうちの３つのキャパシタのそれぞれの接続先が異なるように、前記複数のキャパシタの接続先を順次切り替える制御信号を生成して前記複数のスイッチのそれぞれに供給する制御部と、を有するピーク・ボトム検出回路。
2. 前記制御部は、
   前記制御部に入力される前記比較器の出力信号と、前記複数のキャパシタのうち前記演算増幅器と接続されたキャパシタの電圧を読み取るためのタイミング信号と、に基づき、前記制御信号を生成する、請求項１記載のピーク・ボトム検出回路。
3. 前記複数のキャパシタは４つ以上であり、前記複数のスイッチは４つ以上であり、
   前記制御部は、
   前記複数のキャパシタのうち、少なくとも２つのキャパシタの接続先が同じになるように、前記制御信号を生成する、請求項１又は２記載のピーク・ボトム検出回路。
4. 前記複数のキャパシタのそれぞれは、
   前記入力電圧の供給源、前記比較器、前記演算増幅器の順に、接続先が切り替えられ、
   さらに、前記複数のキャパシタのそれぞれの接続先は、前記演算増幅器の次に、前記入力電圧の供給源に切り替えられる、請求項１乃至３の何れか一項に記載のピーク・ボトム検出回路。
5. ３つ以上の複数のキャパシタと、
   前記複数のキャパシタのうち、何れかのキャパシタの電圧と入力電圧とを比較する比較器と、
   前記複数のキャパシタのうち、何れかのキャパシタの電圧を増幅させる演算増幅器と、
   前記複数のキャパシタのそれぞれを前記比較器、前記演算増幅器、前記入力電圧の供給源の何れかに接続させる、前記複数のキャパシタのそれぞれと対応した３つ以上の複数のスイッチと、
   前記複数のキャパシタのうちの３つのキャパシタのそれぞれの接続先が異なるように、前記複数のキャパシタの接続先を順次切り替える制御信号を生成して前記複数のスイッチのそれぞれに供給する制御部と、を有するピーク・ボトム検出回路と、
   前記演算増幅器の後段に接続されたＡ／Ｄ変換部と、を有するＡ／Ｄコンバータ。
6. 複数のピーク・ボトム検出回路と、
   前記複数のピーク・ボトム検出回路の後段に接続されたＡ／Ｄ変換部と、
   前記複数のピーク・ボトム検出回路と、前記Ａ／Ｄ変換器との接続／遮断を制御する切り替え回路と、を有する集積回路であって、
   前記複数のピーク・ボトム検出回路のそれぞれは、
   ３つ以上の複数のキャパシタと、
   前記複数のキャパシタのうち、何れかのキャパシタの電圧と入力電圧とを比較する比較器と、
   前記複数のキャパシタのうち、何れかのキャパシタの電圧を増幅させる演算増幅器と、
   前記複数のキャパシタのそれぞれを前記比較器、前記演算増幅器、前記入力電圧の供給源の何れかに接続させる、前記複数のキャパシタのそれぞれと対応した３つ以上の複数のスイッチと、
   前記複数のキャパシタのうちの３つのキャパシタのそれぞれの接続先が異なるように、前記複数のキャパシタの接続先を順次切り替える制御信号を生成して前記複数のスイッチのそれぞれに供給する制御部と、を有する集積回路。
7. 前記複数のピーク・ボトム検出回路は、それぞれが、前記集積回路の基板の端部の近傍に配置される、請求項６記載の集積回路。

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