JP2019186842A - AD converter - Google Patents

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Abstract

To provide an AD converter capable of shortening a period of each step of the successive approximation to be operable speedily.SOLUTION: An AD converter 1A comprises: DA conversion unit 10A; a comparator 20; a control unit 30A; and a charge injection unit 50. The charge injection unit 50 injects a constant charge to a reference potential supply line that gives a first reference potential VREFH or a second reference potential VREFL to the DA conversion unit 10A regardless of history of comparison result by the comparator 20 for each step of the successive approximation in any step of the successive approximation, so as to suppress potential variation of the reference potential supply line in accompany with setting change of switches SW-SWof the DA conversion unit 10A.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、逐次比較型のAD変換器に関するものである。   The present invention relates to a successive approximation AD converter.

AD変換器(ADC、analog-to-digital converter)は、アナログデータを入力して、その入力アナログデータに応じたデジタルデータを出力することができる。そのうちでも、逐次比較型(SAR、successive approximation register)のAD変換器は、主な構成要素として、DA変換部、比較部および制御部を備える。DA変換部は、複数の容量素子および複数のスイッチを含む。逐次比較型のAD変換器は、他のタイプのAD変換器と比較すると、アナログ回路が少なく、静的な電流が抑えられ、低消費電力でプロセス微細化に向く。それ故、逐次比較型のAD変換器は、近年盛んに研究されている。   An AD converter (ADC, analog-to-digital converter) can input analog data and output digital data corresponding to the input analog data. Among them, a successive approximation register (SAR) AD converter includes a DA converter, a comparator, and a controller as main components. The DA converter includes a plurality of capacitive elements and a plurality of switches. The successive approximation type AD converter has fewer analog circuits than other types of AD converters, suppresses static current, and is suitable for process miniaturization with low power consumption. Therefore, successive approximation type AD converters have been actively studied in recent years.

逐次比較型のAD変換器は、非特許文献1に解説されているとおり、概ね次のように初期化ステップおよび逐次比較の各ステップの動作を行う。初期化ステップでは、DA変換部は各容量素子の電荷を初期化する。この初期化ステップの後、逐次比較の各ステップが行われる。逐次比較の各ステップにおいて、DA変換部は、制御部から与えられる制御信号に基づいて各スイッチが設定されて、その設定に応じたアナログデータを比較部へ出力する。比較部は、DA変換部から出力されたアナログデータの大きさを入力アナログデータに基づいて評価して、その評価結果を制御部へ出力する。制御部は、比較部から出力された評価結果に基づいて、DA変換部から出力されたアナログデータが入力アナログデータに応じた値に近づくように、逐次比較の次のステップにおいてDA変換部の各スイッチの設定を制御する制御信号を出力する。   As described in Non-Patent Document 1, the successive approximation type AD converter generally performs the operations of the initialization step and the successive approximation step as follows. In the initialization step, the DA conversion unit initializes the charge of each capacitive element. After this initialization step, each successive comparison step is performed. In each successive comparison step, the DA converter sets each switch based on a control signal given from the controller, and outputs analog data corresponding to the setting to the comparator. The comparison unit evaluates the size of the analog data output from the DA conversion unit based on the input analog data, and outputs the evaluation result to the control unit. Based on the evaluation result output from the comparison unit, the control unit sets each of the DA conversion units in the next step of the successive comparison so that the analog data output from the DA conversion unit approaches a value corresponding to the input analog data. Outputs control signals that control switch settings.

制御部は、出力すべきデジタルデータの最上位ビット(MSB、most significant bit)の値を最初のステップで判定し、その後の各ステップで順次に下位のビットの値を判定していき、最後のステップで最下位ビット(LSB、least significant bit)の値を判定する。例えば、出力すべきデジタルデータが4ビットデータ[d3,d2,d1,d0]であるとすると、制御部は、最初のステップ1においてMSBのd3の値を判定し、次のステップ2においてビットd2の値を判定し、更に次のステップ3においてビットd1の値を判定し、最後のステップ4においてLSBのd0の値を判定する。   The control unit determines the value of the most significant bit (MSB) of the digital data to be output in the first step, and sequentially determines the value of the lower bit in each subsequent step. In step, the value of the least significant bit (LSB) is determined. For example, if the digital data to be output is 4-bit data [d3, d2, d1, d0], the control unit determines the value of d3 of the MSB in the first step 1 and the bit d2 in the next step 2. In the next step 3, the value of bit d1 is determined, and in the final step 4, the value of dSB of LSB is determined.

このような逐次比較型のAD変換器の動作において、初期化ステップから逐次比較の最初のステップ1に移行する際、および、逐次比較の各ステップから次のステップに移行する際に、DA変換部の複数のスイッチの設定が変化して、DA変換部の各容量素子の電荷の量が変化する。DA変換部の複数の容量素子の電荷量の変化は、キックバックと呼ばれる基準電圧端子経由の電荷移動を引き起こす。このキックバックにより、DA変換部に基準電位を供給する基準電位供給線の電位が変動する。特に、逐次比較の初期のステップでは、キックバックが大きいので、基準電位供給線の電位の変動量も大きい。   In the operation of such a successive approximation type AD converter, the DA converter is used when shifting from the initialization step to the first step 1 of the successive approximation and when shifting from each step of the successive approximation to the next step. The setting of the plurality of switches changes, and the amount of charge of each capacitive element of the DA converter changes. The change in the charge amount of the plurality of capacitive elements of the DA converter causes charge transfer via a reference voltage terminal called kickback. By this kickback, the potential of the reference potential supply line that supplies the reference potential to the DA converter varies. In particular, since the kickback is large in the initial step of the successive approximation, the amount of fluctuation in the potential of the reference potential supply line is also large.

基準電位供給線からDA変換部に供給される基準電位の変動が大きいタイミングでDA変換部から出力されているアナログデータの大きさを比較部が評価すると、その評価結果を誤り、最終的に得られるデジタルデータが誤りとなる場合がある。したがって、基準電位供給線からDA変換部に供給される基準電位の変動が整定して基準電位が安定した後のタイミングで、DA変換部から出力されているアナログデータの大きさを比較部が評価することが好ましい。この場合、逐次比較の各ステップの期間は、ステップ移行後に基準電位が安定するまでに要する時間より長く設定しなければならない。AD変換器は高速化が求められているが、ステップ移行後に基準電位が安定するまでに要する時間はAD変換器の高速化の妨げとなる。   If the comparison unit evaluates the magnitude of the analog data output from the DA conversion unit at a timing when the fluctuation of the reference potential supplied from the reference potential supply line to the DA conversion unit is large, the evaluation result is erroneous and finally obtained. The digital data that is received may be erroneous. Therefore, the comparison unit evaluates the magnitude of the analog data output from the DA conversion unit at a timing after the fluctuation of the reference potential supplied from the reference potential supply line to the DA conversion unit is stabilized and the reference potential is stabilized. It is preferable to do. In this case, the period of each step of the successive comparison must be set longer than the time required for the reference potential to stabilize after the transition to the step. The AD converter is required to increase the speed, but the time required for the reference potential to stabilize after the transition to the step hinders the speed-up of the AD converter.

非特許文献2〜4には、逐次比較の各ステップの期間の短縮化を図る技術が記載されている。非特許文献2に記載された技術は、基準電位供給線に基準電位を出力するバッファを高速化するとともに、比較部による評価の際のオフセットを調整することで、各ステップの期間の短縮化を図る。非特許文献3に記載された技術は、基準電位供給線に大容量のデカップリング容量部を設けることで、各ステップの期間の短縮化を図る。非特許文献4,5に記載された技術は、基準電位供給線に対して電荷を注入することで、各ステップの期間の短縮化を図る。   Non-patent documents 2 to 4 describe techniques for shortening the period of each step of successive comparison. The technique described in Non-Patent Document 2 speeds up the buffer that outputs the reference potential to the reference potential supply line and adjusts the offset at the time of evaluation by the comparison unit, thereby shortening the period of each step. Plan. The technique described in Non-Patent Document 3 aims at shortening the period of each step by providing a large-capacity decoupling capacitor in the reference potential supply line. In the techniques described in Non-Patent Documents 4 and 5, the period of each step is shortened by injecting charges into the reference potential supply line.

Behzad Razavi, “A Tale of TwoADCs: Pipelined Versus SAR,” IEEE Solid-State Circuits Magazine, Volume: 7,Issue: 3, pp. 38-46, 2015.Behzad Razavi, “A Tale of TwoADCs: Pipelined Versus SAR,” IEEE Solid-State Circuits Magazine, Volume: 7, Issue: 3, pp. 38-46, 2015. Chi-Hang Chan, Yan Zhu, Cheng Li,Wai-Hong Zhang, Iok-Meng Ho, Lai Wei, Seng-Pan U, Rui Paulo Martins, “60-dBSNDR 100-MS/s SAR ADCs With Threshold Reconfigurable Reference ErrorCalibration,” IEEE Journal of Solid-State Circuits, Volume 52, Number 10,pp.2576-2588, October 2017.Chi-Hang Chan, Yan Zhu, Cheng Li, Wai-Hong Zhang, Iok-Meng Ho, Lai Wei, Seng-Pan U, Rui Paulo Martins, “60-dBSNDR 100-MS / s SAR ADCs With Threshold Reconfigurable Reference ErrorCalibration, ”IEEE Journal of Solid-State Circuits, Volume 52, Number 10, pp.2576-2588, October 2017. Bob Verbruggen, Kazuaki Deguchi,Badr Malki, Jan Craninckx, “A 70 dB SNDR 200 MS/s 2.3 mW dynamic pipelined SAR ADC in 28nmdigital CMOS,” 2014 Symposium on VLSI Circuits Digest of Technical Papers, pp.1-2,June 2014.Bob Verbruggen, Kazuaki Deguchi, Badr Malki, Jan Craninckx, “A 70 dB SNDR 200 MS / s 2.3 mW dynamic pipelined SAR ADC in 28nm digital CMOS,” 2014 Symposium on VLSI Circuits Digest of Technical Papers, pp.1-2, June 2014 . Ying-Zu Lin, Chih-Hou Tsai,Shan-Chih Tsou, Chao-Hsin Lu, “A 8.2-mW 10-b 1.6-GS/s 4× TI SAR ADC with fast referencecharge neutralization and background timing-skew calibration in 16-nm CMOS,” 2016IEEE Symposium on VLSI Circuits (VLSI-Circuits), pp.1-2, June 2016.Ying-Zu Lin, Chih-Hou Tsai, Shan-Chih Tsou, Chao-Hsin Lu, “A 8.2-mW 10-b 1.6-GS / s 4 × TI SAR ADC with fast referencecharge neutralization and background timing-skew calibration in 16 -nm CMOS, ”2016 IEEE Symposium on VLSI Circuits (VLSI-Circuits), pp.1-2, June 2016. Ewout Martens, BenjaminHershberg, Jan Craninckx, “A 16nm 69dB SNDR 300MSps ADC with capacitive referencestabilization,” 2017 Symposium on VLSI Circuits, pp.C92-C93, June 2017.Ewout Martens, BenjaminHershberg, Jan Craninckx, “A 16nm 69dB SNDR 300MSps ADC with capacitive referencestabilization,” 2017 Symposium on VLSI Circuits, pp.C92-C93, June 2017.

非特許文献2に記載された技術は、バッファの高速化により消費電力の増加を招くので好ましくない。   The technique described in Non-Patent Document 2 is not preferable because it increases the power consumption by increasing the speed of the buffer.

非特許文献3に記載された技術は、半導体基板上に大容量のデカップリング容量部を設ける場合には、その半導体基板上のレイアウト面積の増加を招くので好ましくない。半導体基板の外にデカップリング容量部を設ける場合には、そのデカップリング容量部としてチップコンデンサを用いたとしても、自己共振周波数が数十MHz程度と小さく、AD変換器の高速化の要求に応えることは困難である。   The technique described in Non-Patent Document 3 is not preferable when a large-capacity decoupling capacitor is provided on a semiconductor substrate, because it increases the layout area on the semiconductor substrate. When a decoupling capacitor is provided outside the semiconductor substrate, even if a chip capacitor is used as the decoupling capacitor, the self-resonant frequency is as small as about several tens of MHz, which meets the demand for higher speed AD converters. It is difficult.

非特許文献4,5に記載された技術の概要は次のとおりである。逐次比較の各ステップにおけるDA変換部の電荷移動量は、直前のステップの比較部による比較結果のみでは決まらず、最初のステップから直前のステップまでの比較部による比較結果の履歴に応じて異なる。そこで、非特許文献4,5に記載された技術は、最初のステップから直前のステップまでの比較部による比較結果の履歴に基づいて、基準電位供給線に対して注入する電荷の量をステップ毎に設定する。   The outline of the technology described in Non-Patent Documents 4 and 5 is as follows. The charge transfer amount of the DA conversion unit in each step of the successive comparison is not determined only by the comparison result by the comparison unit of the immediately preceding step, but varies depending on the history of comparison results by the comparison unit from the first step to the immediately preceding step. Therefore, the techniques described in Non-Patent Documents 4 and 5 determine the amount of charge injected into the reference potential supply line for each step based on the history of comparison results from the first step to the previous step. Set to.

電荷注入を行うステップの数が多くなると、電荷注入量を決める為の回路は、論理が複雑になり、また、処理に要する時間が長くなる。すなわち、各ステップの期間の短縮化の意図に反する結果となる場合がある。非特許文献4に記載された技術は、電荷注入量を決める論理を簡略化しているものの、逐次比較の初めの3つのステップにおいて電荷注入をするに留まっている。非特許文献5に記載された技術は、電荷注入量の決定等を高速に行う為に専用の回路を設け、また、その他の種々の特徴的な構成を採用するものであるが、半導体基板上に実装する際のレイアウト面積の増加を招くので好ましくない。   As the number of steps for injecting charges increases, the circuit for determining the amount of charge injection becomes complicated in logic and the time required for processing becomes longer. That is, the result may be contrary to the intention of shortening the period of each step. Although the technique described in Non-Patent Document 4 simplifies the logic for determining the amount of charge injection, it only stops charge injection in the first three steps of the successive comparison. The technique described in Non-Patent Document 5 is provided with a dedicated circuit in order to determine the charge injection amount at high speed and adopts other various characteristic configurations. This is not preferable because it causes an increase in layout area when mounted on the board.

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、逐次比較の各ステップの期間を短縮することができ高速動作が容易なAD変換器を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an AD converter that can shorten the period of each step of successive approximation and can easily operate at high speed.

本発明の第1態様のAD変換器は、入力アナログデータに応じたデジタルデータを出力する逐次比較型のAD変換器であって、(1) 複数の容量素子と、制御信号に基づいて設定される複数のスイッチとを含み、複数のスイッチのうちの全て又は一部のスイッチの設定により、(2) 複数の容量素子のうちの該スイッチに対応する容量素子の第1端を第1基準電位または第2基準電位として、複数のスイッチそれぞれの設定に応じたデータを、複数の容量素子それぞれの第2端が共通に接続されてなる出力端から出力するDA変換部と、(3) DA変換部から出力されるデータと入力アナログデータとを大小比較して、その比較結果を表す比較信号を出力する比較部と、(4) 比較信号に基づいて、逐次比較のステップ毎に、DA変換部から出力されるデータと入力アナログデータとの差が小さくなるように制御信号を生成して出力する制御部と、(5) 逐次比較の何れかステップにおいて、第1基準電位または第2基準電位をDA変換部へ与える基準電位供給線に対し、逐次比較のステップ毎の比較結果の履歴に依らず一定量の電荷を注入して、DA変換部の複数のスイッチの設定変更に伴う基準電位供給線の電位変動を抑制する電荷注入部と、を備える。   An AD converter according to a first aspect of the present invention is a successive approximation AD converter that outputs digital data corresponding to input analog data, and is set based on (1) a plurality of capacitive elements and a control signal. By setting all or some of the plurality of switches, (2) the first end of the capacitive element corresponding to the switch among the plurality of capacitive elements is set to the first reference potential. Alternatively, as the second reference potential, a DA converter that outputs data corresponding to the setting of each of the plurality of switches from an output terminal formed by commonly connecting the second terminals of the plurality of capacitive elements, and (3) DA conversion A comparison unit that compares the data output from the unit with the input analog data and outputs a comparison signal representing the comparison result; and (4) a DA conversion unit for each successive comparison step based on the comparison signal. Data output from A control unit that generates and outputs a control signal so that the difference between the input data and the input analog data is reduced, and (5) in any step of the successive approximation, the first reference potential or the second reference potential is supplied to the DA conversion unit. A constant amount of charge is injected into the given reference potential supply line regardless of the comparison result history for each successive comparison step, and potential fluctuations in the reference potential supply line due to setting changes of a plurality of switches of the DA converter are detected. A charge injection portion to be suppressed.

本発明の第2態様のAD変換器は、入力アナログデータに応じたデジタルデータを出力する逐次比較型のAD変換器であって、(1) 複数の容量素子と、制御信号に基づいて設定される複数のスイッチとを含み、入力アナログデータを複数の容量素子によりホールドした後、複数のスイッチのうちの全て又は一部のスイッチの設定により、複数の容量素子のうちの該スイッチに対応する容量素子の第1端を第1基準電位または第2基準電位として、複数のスイッチそれぞれの設定に応じたデータを、複数の容量素子それぞれの第2端が共通に接続されてなる出力端から出力するDA変換部と、(2) DA変換部から出力されるデータと基準レベルとを大小比較して、その比較結果を表す比較信号を出力する比較部と、(3) 比較信号に基づいて、逐次比較のステップ毎に、DA変換部から出力されるデータと基準レベルとの差が小さくなるように制御信号を生成して出力する制御部と、(4)逐次比較の何れかステップにおいて、第1基準電位または第2基準電位をDA変換部へ与える基準電位供給線に対し、逐次比較のステップ毎の比較結果の履歴に依らず一定量の電荷を注入して、DA変換部の複数のスイッチの設定変更に伴う基準電位供給線の電位変動を抑制する電荷注入部と、を備える。   The AD converter according to the second aspect of the present invention is a successive approximation AD converter that outputs digital data according to input analog data, and is set based on (1) a plurality of capacitive elements and a control signal. A plurality of switches, and after the input analog data is held by the plurality of capacitors, the capacitance corresponding to the switch among the plurality of capacitors is set by setting all or some of the plurality of switches. Using the first end of the element as the first reference potential or the second reference potential, data corresponding to the setting of each of the plurality of switches is output from the output end formed by commonly connecting the second ends of the plurality of capacitive elements. A DA conversion unit; (2) a comparison unit that compares the data output from the DA conversion unit with a reference level and outputs a comparison signal representing the comparison result; and (3) a sequential operation based on the comparison signal. ratio A control unit that generates and outputs a control signal so that the difference between the data output from the DA conversion unit and the reference level is reduced at each step, and (4) in any one of the successive comparison steps, the first reference Setting a plurality of switches of the DA converter by injecting a fixed amount of charge into the reference potential supply line for supplying the potential or the second reference potential to the DA converter regardless of the history of comparison results for each successive comparison step A charge injection unit that suppresses potential fluctuation of the reference potential supply line due to the change.

本発明の第3態様のAD変換器は、第1入力アナログデータと第2入力アナログデータとの差に応じたデジタルデータを出力する逐次比較型のAD変換器であって、(1) 複数の容量素子と、第1制御信号に基づいて設定される複数のスイッチとを含み、第1入力アナログデータを複数の容量素子によりホールドした後、複数のスイッチのうちの全て又は一部のスイッチの設定により、複数の容量素子のうちの該スイッチに対応する容量素子の第1端を第1基準電位または第2基準電位として、複数のスイッチそれぞれの設定に応じた第1データを、複数の容量素子それぞれの第2端が共通に接続されてなる出力端から出力する第1DA変換部と、(2) 複数の容量素子と、第2制御信号に基づいて設定される複数のスイッチとを含み、第2入力アナログデータを複数の容量素子によりホールドした後、複数のスイッチのうちの全て又は一部のスイッチの設定により、複数の容量素子のうちの該スイッチに対応する容量素子の第1端を第1基準電位または第2基準電位として、複数のスイッチそれぞれの設定に応じた第2データを、複数の容量素子それぞれの第2端が共通に接続されてなる出力端から出力する第2DA変換部と、(3) 第1データと第2データとを大小比較して、その比較結果を表す比較信号を出力する比較部と、(4) 比較信号に基づいて、逐次比較のステップ毎に、第1データと第2データとの差が小さくなるように第1制御信号および第2制御信号を生成して出力する制御部と、(5) 逐次比較の何れかステップにおいて、第1基準電位または第2基準電位をDA変換部へ与える基準電位供給線に対し、逐次比較のステップ毎の比較結果の履歴に依らず一定量の電荷を注入して、DA変換部の複数のスイッチの設定変更に伴う基準電位供給線の電位変動を抑制する電荷注入部と、を備える。   An AD converter according to a third aspect of the present invention is a successive approximation type AD converter that outputs digital data corresponding to a difference between first input analog data and second input analog data. A capacitance element and a plurality of switches set based on the first control signal, and after setting the first input analog data by the plurality of capacitance elements, setting of all or some of the plurality of switches By using the first end of the capacitive element corresponding to the switch among the plurality of capacitive elements as the first reference potential or the second reference potential, the first data corresponding to the setting of each of the plurality of switches is received. A first DA converter that outputs from an output terminal in which each second terminal is connected in common; (2) a plurality of capacitive elements; and a plurality of switches set based on a second control signal; 2-input After the log data is held by the plurality of capacitive elements, the first end of the capacitive element corresponding to the switch among the plurality of capacitive elements is set to the first reference by setting all or some of the plurality of switches. A second DA converter that outputs, as a potential or a second reference potential, second data corresponding to the setting of each of the plurality of switches from an output end in which the second ends of the plurality of capacitive elements are connected in common; 3) a comparison unit that compares the first data with the second data and outputs a comparison signal representing the comparison result; and (4) based on the comparison signal, for each successive comparison step, the first data and A control unit that generates and outputs a first control signal and a second control signal so as to reduce a difference from the second data; and (5) a first reference potential or a second reference potential in any step of the successive approximation. Is given to the DA converter A constant amount of charge is injected into the reference potential supply line regardless of the comparison result history for each successive comparison step, and the potential variation of the reference potential supply line due to the setting change of the plurality of switches of the DA converter is reduced. A charge injection portion to be suppressed.

本発明において、電荷注入部は、逐次比較の少なくとも最初のステップにおいて、基準電位供給線に対し電荷を注入するのが好適である。電荷注入部は、逐次比較のステップが進むに従って、基準電位供給線に対し注入する電荷の量を適正化するのが好適である。ステップが進むにつれ、適正値は概ね減少して行く傾向にある。電荷注入部は、第1基準電位をDA変換部へ与える基準電位供給線に対し一定量の電荷を注入するとともに、第2基準電位をDA変換部へ与える基準電位供給線に対し一定量の電荷を注入するのが好適である。   In the present invention, it is preferable that the charge injection unit injects charges into the reference potential supply line in at least the first step of the successive comparison. It is preferable that the charge injection unit optimizes the amount of charge injected into the reference potential supply line as the successive comparison step proceeds. As the steps progress, the appropriate value tends to decrease. The charge injection unit injects a fixed amount of charge into the reference potential supply line that supplies the first reference potential to the DA conversion unit, and also supplies a fixed amount of charge to the reference potential supply line that supplies the second reference potential to the DA conversion unit. Is preferably injected.

電荷注入部は、第1端および第2端を有する容量部と、容量部の第1端を第1電源電位供給線または基準電位供給線に接続する第1スイッチと、容量部の第2端を第2電源電位供給線または第1電源電位供給線に接続する第2スイッチと、を含み、第1スイッチにより容量部の第1端を第1電源電位供給線に接続し、第2スイッチにより容量部の第2端を第2電源電位供給線に接続することにより、容量部に電荷を蓄積し、第1スイッチにより容量部の第1端を基準電位供給線に接続し、第2スイッチにより容量部の第2端を第1電源電位供給線に接続することにより、容量部に蓄積されていた電荷を基準電位供給線に対し注入するのが好適である。   The charge injection unit includes a capacitor having a first end and a second end, a first switch connecting the first end of the capacitor to the first power supply potential supply line or the reference potential supply line, and a second end of the capacitor Is connected to the second power supply potential supply line or the first power supply potential supply line, the first switch connects the first end of the capacitor to the first power supply potential supply line, and the second switch By connecting the second end of the capacitor portion to the second power supply potential supply line, electric charge is accumulated in the capacitor portion, and the first end of the capacitor portion is connected to the reference potential supply line by the first switch, and by the second switch By connecting the second end of the capacitor portion to the first power supply potential supply line, it is preferable to inject the charge accumulated in the capacitor portion into the reference potential supply line.

電荷注入部は、(1) 第1端および第2端を有し、第1端が基準電位供給線に接続され、第2端のレベルに応じて電荷蓄積または基準電位供給線への電荷注入を行う容量部と、(2) 容量部の第2端に接続された出力端を有し、容量部における電荷蓄積および電荷注入を制御する信号が入力されるインバータ回路と、(3) 容量部において電荷注入の後に電荷蓄積を開始した際にインバータ回路の出力端と容量部の第2端との間に流れる電流の大きさを制限する電流制限回路と、を含むのも好適である。   The charge injection unit has (1) a first end and a second end, the first end is connected to the reference potential supply line, and charge accumulation or charge injection to the reference potential supply line is performed according to the level of the second end And (2) an inverter circuit having an output terminal connected to the second end of the capacitor unit and receiving a signal for controlling charge accumulation and charge injection in the capacitor unit, and (3) the capacitor unit It is also preferable to include a current limiting circuit that limits the magnitude of the current flowing between the output terminal of the inverter circuit and the second terminal of the capacitor when charge accumulation is started after the charge injection.

電荷注入部は、第1端および第2端を有する容量部と、容量部の第1端と基準電位供給線との間に設けられた第1スイッチと、容量部の第1端と電源電位供給線との間に設けられた第2スイッチと、を含み、第1スイッチをオフ状態とし第2スイッチをオン状態とすることにより、容量部に電荷を蓄積し、第1スイッチをオン状態とし第2スイッチをオフ状態とすることにより、容量部に蓄積されていた電荷を基準電位供給線に対し注入するのも好適である。   The charge injection unit includes a capacitor unit having a first end and a second end, a first switch provided between the first end of the capacitor unit and the reference potential supply line, a first end of the capacitor unit, and a power supply potential And a second switch provided between the power supply line, the first switch is turned off, and the second switch is turned on, whereby charges are accumulated in the capacitor portion and the first switch is turned on. It is also preferable to inject the charge stored in the capacitor portion into the reference potential supply line by turning off the second switch.

また、容量部の容量値は可変であるのが好適である。   Further, it is preferable that the capacitance value of the capacitor portion is variable.

本発明のAD変換器は、逐次比較の各ステップの期間を短縮することができ、高速動作が容易である。   The AD converter according to the present invention can shorten the period of each step of successive approximation and can easily operate at high speed.

図1は、AD変換器1Aの構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of the AD converter 1A. 図2は、AD変換器1Aの第1動作例を説明する表である。FIG. 2 is a table for explaining a first operation example of the AD converter 1A. 図3は、AD変換器1Aの第2動作例を説明する表である。FIG. 3 is a table for explaining a second operation example of the AD converter 1A. 図4は、AD変換器1Aの第3動作例を説明する表である。FIG. 4 is a table for explaining a third operation example of the AD converter 1A. 図5は、電荷注入部50の第1回路例としての電荷注入部51の構成を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a charge injection unit 51 as a first circuit example of the charge injection unit 50. 図6は、電荷注入部50の第2回路例としての電荷注入部52の構成を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a charge injection unit 52 as a second circuit example of the charge injection unit 50. 図7は、電荷注入部50の第3回路例としての電荷注入部53の構成を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of a charge injection unit 53 as a third circuit example of the charge injection unit 50. 図8は、AD変換器1Bの構成を示す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of the AD converter 1B. 図9は、AD変換器1Bの各スイッチSWの回路例を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a circuit example of each switch SW n of the AD converter 1B. 図10は、AD変換器1Bの各スイッチSWの動作を説明するタイミングチャートである。FIG. 10 is a timing chart for explaining the operation of each switch SW n of the AD converter 1B. 図11は、AD変換器1Cの構成を示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of the AD converter 1C. 図12は、AD変換器1Cの動作例を説明する表である。図12(a)は、AD変換器1Cの第1DA変換部11の動作を示す。図12(b)は、AD変換器1Cの第2DA変換部12の動作を示す。FIG. 12 is a table for explaining an operation example of the AD converter 1C. FIG. 12A shows the operation of the first DA converter 11 of the AD converter 1C. FIG. 12B shows the operation of the second DA converter 12 of the AD converter 1C. 図13は、AD変換器1Cの動作例を説明するタイミングチャートである。FIG. 13 is a timing chart for explaining an operation example of the AD converter 1C. 図14は、AD変換器1Cの動作のシミュレーション結果を示す図である。FIG. 14 is a diagram illustrating a simulation result of the operation of the AD converter 1C.

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. The present invention is not limited to these exemplifications, but is defined by the scope of the claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of the claims.

(第1構成例)
図1は、AD変換器1Aの構成を示す図である。この図に示される第1構成例のAD変換器1Aは、DA変換部10A、比較部20、制御部30Aおよび電荷注入部50を備える。AD変換器1Aは、入力アナログデータAinに応じたデジタルデータを制御部30Aから出力する。
(First configuration example)
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of the AD converter 1A. The AD converter 1A of the first configuration example shown in this figure includes a DA conversion unit 10A, a comparison unit 20, a control unit 30A, and a charge injection unit 50. The AD converter 1A outputs digital data corresponding to the input analog data Ain from the control unit 30A.

DA変換部10Aは、N個の容量素子C〜CN-1、N個のスイッチSW〜SWN-1およびスイッチSWRSTを含む。N個のスイッチSW〜SWN-1は、制御部30Aから出力される制御信号に基づいて設定される。各容量素子Cの第1端は、対応するスイッチSWと接続されている。各容量素子Cの第1端は、スイッチSWの設定により、高電位の第1基準電位VREFHまたは低電位の第2基準電位VREFLとされる。各容量素子Cの第2端は、共通に接続されて出力端を構成している。スイッチSWRSTは、この出力端と第2基準電位供給線との間に設けられている。DA変換部10Aは、この出力端から、N個のスイッチSW〜SWN-1それぞれの設定に応じたデータCTOPを比較部20へ出力する。 The DA conversion unit 10A includes N capacitive elements C 0 to C N−1 , N switches SW 0 to SW N−1 and a switch SW RST . The N switches SW 0 to SW N-1 are set based on a control signal output from the control unit 30A. The first end of the capacitive element C n is connected to the corresponding switch SW n. The first end of the capacitive element C n is the setting of the switch SW n, is the second reference potential VREFL the first reference potential VREFH or low potential of the high potential. The second end of the capacitive elements C n constitute the output terminals are connected in common. The switch SW RST is provided between the output terminal and the second reference potential supply line. The DA conversion unit 10A outputs data CTOP corresponding to the setting of each of the N switches SW 0 to SW N−1 from the output terminal to the comparison unit 20.

なお、Nは2以上の整数であり、nは0以上(N−1)以下の整数である。また、N個の容量素子C〜CN-1のうち何れかの容量素子の第1端は一定電位とされる場合があり、その場合には、その容量素子に対応するスイッチは不要である。 N is an integer of 2 or more, and n is an integer of 0 or more and (N-1) or less. In addition, the first end of any one of the N capacitive elements C 0 to C N-1 may be at a constant potential, and in this case, a switch corresponding to the capacitive element is not necessary. is there.

比較部20は、2つの入力端それぞれに入力されるデータを大小比較して、その比較結果を表す比較信号を制御部30Aへ出力する。第1構成例では、比較部20は、DA変換部10Aから出力されたデータCTOPを一方の入力端に入力し、入力アナログデータAinを他方の入力端に入力する。   The comparison unit 20 compares the data input to each of the two input terminals, and outputs a comparison signal representing the comparison result to the control unit 30A. In the first configuration example, the comparison unit 20 inputs the data CTOP output from the DA conversion unit 10A to one input terminal, and inputs the input analog data Ain to the other input terminal.

制御部30Aは、比較部20から出力された比較信号に基づいて、逐次比較のステップ毎に、DA変換部10Aから出力されるデータCTOPと入力アナログデータAinとの差が小さくなるように制御信号を生成して、その制御信号をDA変換部10Aへ出力する。   Based on the comparison signal output from the comparison unit 20, the control unit 30A controls the control signal so that the difference between the data CTOP output from the DA conversion unit 10A and the input analog data Ain is reduced at each successive comparison step. And outputs the control signal to the DA converter 10A.

電荷注入部50は、逐次比較の何れかステップにおいて、第1基準電位VREFHまたは第2基準電位VREFLをDA変換部10Aへ与える基準電位供給線に対し、逐次比較のステップ毎の比較部20による比較結果の履歴に依らず一定量の電荷を注入して、DA変換部10AのスイッチSW〜SWN-1の設定変更に伴う基準電位供給線の電位変動を抑制する。 The charge injection unit 50 compares the reference potential supply line for supplying the first reference potential VREFH or the second reference potential VREFL to the DA conversion unit 10A in any step of the successive comparison by the comparison unit 20 for each successive comparison step. Regardless of the history of results, a certain amount of charge is injected to suppress potential fluctuations in the reference potential supply line due to setting changes of the switches SW 0 to SW N-1 of the DA converter 10A.

図2は、AD変換器1Aの第1動作例を説明する表である。第1動作例では、N=4とし、容量素子Cの容量値をCとし、容量素子Cの容量値をCとし、容量素子Cの容量値を2Cとし、容量素子Cの容量値を4Cとする。各容量素子の容量値は、単位容量値Cの倍数で示されている。この表には、逐次比較の各ステップにおける制御信号Ccodeおよび各容量素子Cの第1端の電位が示されている。「H」は、容量素子の第1端が高電位の第1基準電位VREFHに接続されることを示し、「L」は、容量素子の第1端が低電位の第2基準電位VREFLに接続されることを示す。Ccodeは、DA変換部10Aの各スイッチの設定を制御するために制御部30AからDA変換部10Aに与えられる3ビットの制御信号である。スイッチSWの設定は、Ccode[c2,c1,c0]のMSBであるc2により制御される。スイッチSWの設定は、Ccodeの第2ビットであるc1より制御される。スイッチSWの設定は、CcodeのLSBであるc0により制御される。容量素子Cは常に低電位の第2基準電位VREFLに接続されるので、スイッチSWは無くてもよい。 FIG. 2 is a table for explaining a first operation example of the AD converter 1A. In the first operation example, N = 4, the capacitance value of the capacitive element C 0 is C, the capacitance value of the capacitive element C 1 is C, the capacitance value of the capacitive element C 2 is 2C, and the capacitance of the capacitive element C 3 The value is 4C. The capacitance value of each capacitive element is indicated by a multiple of the unit capacitance value C. The table has the potential of the first end of the control signals Ccode and the capacitors C n in each step of the successive approximation is shown. “H” indicates that the first end of the capacitive element is connected to the first reference potential VREFH having a high potential, and “L” indicates that the first end of the capacitive element is connected to the second reference potential VREFL having a low potential. Indicates that Ccode is a 3-bit control signal given from the control unit 30A to the DA conversion unit 10A in order to control the setting of each switch of the DA conversion unit 10A. Setting of the switch SW 3 is controlled by c2 which is MSB of Ccode [c2, c1, c0] . Setting of the switch SW 2 is controlled from c1 which is the second bit of Ccode. Setting of the switch SW 1 is controlled by c0 the LSB of Ccode. Since the capacitive element C 0 is always connected to the second reference potential VREFL having a low potential, the switch SW 0 may be omitted.

初期化ステップでは、4個のスイッチSW〜SWおよびスイッチSWRSTにより、4個の容量素子C〜Cそれぞれの両端は、第2基準電位VREFLとされる。これにより、4個の容量素子C〜Cそれぞれの電荷は初期化され、DA変換部10Aから比較部20へ出力されるデータCTOPが初期化される。初期化ステップが終了すると、スイッチSWRSTはオフ状態となる。 In the initialization step, both ends of each of the four capacitive elements C 0 to C 3 are set to the second reference potential VREFL by the four switches SW 0 to SW 3 and the switch SW RST . As a result, the charges of the four capacitive elements C 0 to C 3 are initialized, and the data CTOP output from the DA converter 10A to the comparator 20 is initialized. When the initialization step is completed, the switch SW RST is turned off.

初期化ステップの後の逐次比較の最初のステップ1では、制御部30AからDA変換部10AにCcode[1,0,0]が与えられることで、容量素子Cは第1基準電位VREFHに接続され、容量素子C,C,Cは第2基準電位VREFLに接続される。すなわち、第1基準電位VREFHに接続される容量素子の容量値の総和は4Cとなり、第2基準電位VREFLに接続される容量素子の容量値の総和は4Cとなる。このような各容量素子の接続状態のときにDA変換部10Aから出力されるデータCTOPは(VREFH+VREFL)/2となる。 In a first step 1 the sequential comparison after the initialization step, that is given Ccode [1, 0, 0] to the DA conversion unit 10A from the control unit 30A, the capacitive element C 3 is connected to a first reference potential VREFH The capacitive elements C 2 , C 1 , C 0 are connected to the second reference potential VREFL. That is, the sum of the capacitance values of the capacitive elements connected to the first reference potential VREFH is 4C, and the sum of the capacitance values of the capacitive elements connected to the second reference potential VREFL is 4C. The data CTOP output from the DA converter 10A in such a connected state of each capacitive element is (VREFH + VREFL) / 2.

ステップ1においてDA変換部10Aから出力されるデータCTOPと入力アナログデータAinとが比較部20により大小比較され、その比較結果を表す比較信号が比較部20から制御部30Aへ出力される。そして、制御部30Aにより、ステップ1の比較結果に応じて、逐次比較の次のステップ2でDA変換部10Aに与えられるCcodeが決定される。ステップ2は、ステップ1の比較結果に応じてケース1とケース2とに分かれる。データCTOPが入力アナログデータAinより小さい場合にケース1に進み、データCTOPが入力アナログデータAinより大きい場合にケース2に進む。   In step 1, the data CTOP output from the DA converter 10A and the input analog data Ain are compared in magnitude by the comparator 20, and a comparison signal representing the comparison result is output from the comparator 20 to the controller 30A. Then, according to the comparison result of step 1, the control unit 30A determines the Ccode to be given to the DA conversion unit 10A in step 2 next to the successive comparison. Step 2 is divided into Case 1 and Case 2 according to the comparison result of Step 1. If the data CTOP is smaller than the input analog data Ain, the process proceeds to case 1. If the data CTOP is larger than the input analog data Ain, the process proceeds to case 2.

逐次比較のステップ2のケース1では、制御部30AからDA変換部10AにCcode[1,1,0]が与えられることで、容量素子C,Cは第1基準電位VREFHに接続され、容量素子C,Cは第2基準電位VREFLに接続される。すなわち、第1基準電位VREFHに接続される容量素子の容量値の総和は6Cとなり、第2基準電位VREFLに接続される容量素子の容量値の総和は2Cとなる。このような各容量素子の接続状態のときにDA変換部10Aから出力されるデータCTOPは(3VREFH+VREFL)/4となる。 In case 1 of step 2 of the successive approximation, Ccode [1,1,0] is given from the control unit 30A to the DA conversion unit 10A, so that the capacitive elements C 3 and C 2 are connected to the first reference potential VREFH. The capacitive elements C 1 and C 0 are connected to the second reference potential VREFL. That is, the sum of the capacitance values of the capacitive elements connected to the first reference potential VREFH is 6C, and the sum of the capacitance values of the capacitive elements connected to the second reference potential VREFL is 2C. The data CTOP output from the DA converter 10A in such a connected state of each capacitive element is (3VREFH + VREFL) / 4.

ステップ2のケース1においてDA変換部10Aから出力されるデータCTOPと入力アナログデータAinとが比較部20により大小比較され、その比較結果を表す比較信号が比較部20から制御部30Aへ出力される。そして、制御部30Aにより、ステップ2のケース1の比較結果に応じて、逐次比較の次のステップ3でDA変換部10Aに与えられるCcodeが決定される。ステップ2のケース1の後のステップ3は、ステップ2のケース1の比較結果に応じてケース1-1とケース1-2とに分かれる。データCTOPが入力アナログデータAinより小さい場合にケース1-1に進み、データCTOPが入力アナログデータAinより大きい場合にケース1-2に進む。   In case 1 of step 2, the data CTOP output from the DA converter 10A and the input analog data Ain are compared in magnitude by the comparator 20, and a comparison signal representing the comparison result is output from the comparator 20 to the controller 30A. . Then, according to the comparison result of case 1 in step 2, the control unit 30A determines the Ccode to be given to the DA conversion unit 10A in step 3 next to the successive comparison. Step 3 after case 1 of step 2 is divided into case 1-1 and case 1-2 according to the comparison result of case 1 of step 2. If the data CTOP is smaller than the input analog data Ain, the process proceeds to case 1-1. If the data CTOP is larger than the input analog data Ain, the process proceeds to case 1-2.

逐次比較のステップ2のケース2では、制御部30AからDA変換部10AにCcode[0,1,0]が与えられることで、容量素子Cは第1基準電位VREFHに接続され、容量素子C,C,Cは第2基準電位VREFLに接続される。すなわち、第1基準電位VREFHに接続される容量素子の容量値の総和は2Cとなり、第2基準電位VREFLに接続される容量素子の容量値の総和は6Cとなる。このような各容量素子の接続状態のときにDA変換部10Aから出力されるデータCTOPは(VREFH+3VREFL)/4となる。 In step 2 of the case 2 of the successive approximation, the DA conversion unit 10A from the control unit 30A that is given Ccode [0,1,0], the capacitor C 2 is connected to the first reference potential VREFH, the capacitor C 3 , C 1 and C 0 are connected to the second reference potential VREFL. That is, the sum of the capacitance values of the capacitive elements connected to the first reference potential VREFH is 2C, and the sum of the capacitance values of the capacitive elements connected to the second reference potential VREFL is 6C. The data CTOP output from the DA converter 10A in such a connected state of each capacitive element is (VREFH + 3VREFL) / 4.

ステップ2のケース2においてDA変換部10Aから出力されるデータCTOPと入力アナログデータAinとが比較部20により大小比較され、その比較結果を表す比較信号が比較部20から制御部30Aへ出力される。そして、制御部30Aにより、ステップ2のケース2の比較結果に応じて、逐次比較の次のステップ3でDA変換部10Aに与えられるCcodeが決定される。ステップ2のケース2の後のステップ3は、ステップ2のケース2の比較結果に応じてケース2-1とケース2-2とに分かれる。データCTOPが入力アナログデータAinより小さい場合にケース2-1に進み、データCTOPが入力アナログデータAinより大きい場合にケース2-2に進む。   In case 2 of step 2, the data CTOP output from the DA converter 10A and the input analog data Ain are compared in magnitude by the comparator 20, and a comparison signal representing the comparison result is output from the comparator 20 to the controller 30A. . Then, according to the comparison result of case 2 in step 2, the control unit 30A determines the Ccode to be given to the DA conversion unit 10A in step 3 next to the successive comparison. Step 3 after case 2 of step 2 is divided into case 2-1 and case 2-2 according to the comparison result of case 2 of step 2. When the data CTOP is smaller than the input analog data Ain, the process proceeds to case 2-1, and when the data CTOP is larger than the input analog data Ain, the process proceeds to case 2-2.

ステップ3のケース1-1では、制御部30AからDA変換部10AにCcode[1,1,1]が与えられることで、容量素子C,C,Cは第1基準電位VREFHに接続され、容量素子Cは第2基準電位VREFLに接続される。すなわち、第1基準電位VREFHに接続される容量素子の容量値の総和は7Cとなり、第2基準電位VREFLに接続される容量素子の容量値の総和はCとなる。したがって、DA変換部10Aから出力されるデータCTOPは(7VREFH+VREFL)/8となる。 In case 1-1 of step 3, Ccode [1,1,1] is given from the control unit 30A to the DA conversion unit 10A, so that the capacitive elements C 3 , C 2 , C 1 are connected to the first reference potential VREFH. is, the capacitor C 0 is connected to the second reference potential VREFL. That is, the sum of the capacitance values of the capacitive elements connected to the first reference potential VREFH is 7C, and the sum of the capacitance values of the capacitive elements connected to the second reference potential VREFL is C. Therefore, the data CTOP output from the DA converter 10A is (7VREFH + VREFL) / 8.

ステップ3のケース1-2では、制御部30AからDA変換部10AにCcode[1,0,1]が与えられることで、容量素子C,Cは第1基準電位VREFHに接続され、容量素子C,Cは第2基準電位VREFLに接続される。すなわち、第1基準電位VREFHに接続される容量素子の容量値の総和は5Cとなり、第2基準電位VREFLに接続される容量素子の容量値の総和は3Cとなる。したがって、DA変換部10Aから出力されるデータCTOPは(5VREFH+3VREFL)/8となる。 In case 1-2 of step 3, when Ccode [1,0,1] is given from the control unit 30A to the DA conversion unit 10A, the capacitive elements C 3 and C 1 are connected to the first reference potential VREFH, and the capacitance The elements C 2 and C 0 are connected to the second reference potential VREFL. That is, the sum of the capacitance values of the capacitive elements connected to the first reference potential VREFH is 5C, and the sum of the capacitance values of the capacitive elements connected to the second reference potential VREFL is 3C. Therefore, the data CTOP output from the DA converter 10A is (5VREFH + 3VREFL) / 8.

ステップ3のケース2-1では、制御部30AからDA変換部10AにCcode[0,1,1]が与えられることで、容量素子C,Cは第1基準電位VREFHに接続され、容量素子C,Cは第2基準電位VREFLに接続される。すなわち、第1基準電位VREFHに接続される容量素子の容量値の総和は3Cとなり、第2基準電位VREFLに接続される容量素子の容量値の総和は5Cとなる。したがって、DA変換部10Aから出力されるデータCTOPは(3VREFH+5VREFL)/8となる。 In case 2-1 of step 3, when Ccode [0,1,1] is given from the control unit 30A to the DA conversion unit 10A, the capacitive elements C 2 and C 1 are connected to the first reference potential VREFH, and the capacitance The elements C 3 and C 0 are connected to the second reference potential VREFL. That is, the sum of the capacitance values of the capacitive elements connected to the first reference potential VREFH is 3C, and the sum of the capacitance values of the capacitive elements connected to the second reference potential VREFL is 5C. Therefore, the data CTOP output from the DA converter 10A is (3VREFH + 5VREFL) / 8.

ステップ3のケース2-2では、制御部30AからDA変換部10AにCcode[0,0,1]が与えられることで、容量素子Cは第1基準電位VREFHに接続され、容量素子C,C,Cは第2基準電位VREFLに接続される。すなわち、第1基準電位VREFHに接続される容量素子の容量値の総和はCとなり、第2基準電位VREFLに接続される容量素子の容量値の総和は7Cとなる。したがって、DA変換部10Aから出力されるデータCTOPは(VREFH+7VREFL)/8となる。 In Case 2-2 Step 3, the DA conversion unit 10A from the control unit 30A that is given Ccode [0,0,1], the capacitive element C 1 is connected to the first reference potential VREFH, capacitive element C 3 , C 2 , C 0 are connected to the second reference potential VREFL. That is, the sum of the capacitance values of the capacitive elements connected to the first reference potential VREFH is C, and the sum of the capacitance values of the capacitive elements connected to the second reference potential VREFL is 7C. Therefore, the data CTOP output from the DA converter 10A is (VREFH + 7VREFL) / 8.

このように、逐次比較の最初のステップ1では、制御部30AからDA変換部10Aに与えられるCcodeが[1,0,0]に仮設定されて、DA変換部10Aから出力されるデータCTOPと入力アナログデータAinとが大小比較され、その比較結果に基づいて、CcodeのMSBであるc2が決定される。次のステップ2では、制御部30AからDA変換部10Aに与えられるCcodeが[c2,1,0]に仮設定されて、DA変換部10Aから出力されるデータCTOPと入力アナログデータAinとが大小比較され、その比較結果に基づいて、Ccodeの第2ビットであるc1が決定される。   Thus, in the first step 1 of the successive approximation, the Ccode given from the control unit 30A to the DA conversion unit 10A is temporarily set to [1,0,0], and the data CTOP output from the DA conversion unit 10A The input analog data Ain is compared in magnitude, and c2 which is the MSB of Ccode is determined based on the comparison result. In the next step 2, the Ccode given from the control unit 30A to the DA conversion unit 10A is temporarily set to [c2,1,0], and the data CTOP output from the DA conversion unit 10A and the input analog data Ain are large or small. Comparison is made, and c1 which is the second bit of Ccode is determined based on the comparison result.

最後のステップ3では、制御部30AからDA変換部10Aに与えられるCcodeが[c2,c1,1]に仮設定されて、DA変換部10Aから出力されるデータCTOPと入力アナログデータAinとが大小比較され、その比較結果に基づいて、CcodeのLSBであるc0が決定される。そして、ステップ3の後に最終的に得られたCcode(または、このCcodeに基づいて得られるデジタルデータ)が、入力アナログデータAinに応じたデジタルデータとして制御部30Aから出力される。   In the final step 3, the Ccode given from the control unit 30A to the DA conversion unit 10A is temporarily set to [c2, c1,1], and the data CTOP output from the DA conversion unit 10A and the input analog data Ain are large or small. Based on the comparison result, c0 which is the LSB of Ccode is determined. Then, Ccode finally obtained after step 3 (or digital data obtained based on this Ccode) is output from the control unit 30A as digital data corresponding to the input analog data Ain.

図3は、AD変換器1Aの第2動作例を説明する表である。第2動作例では、N=8とし、8個の容量素子C〜Cそれぞれの容量値をCとする。容量素子C,C,C,Cの容量値の総和は4Cであり、容量素子C,Cの容量値の総和は2Cである。したがって、互いに並列に設けられている容量素子C,C,C,CがCcodeのc2に基づいて互いに同じ電位に設定されるとともに、互いに並列に設けられている容量素子C,CがCcodeのc1に基づいて互いに同じ電位に設定されることで、第2動作例は第1動作例と等価なものとなる。 FIG. 3 is a table for explaining a second operation example of the AD converter 1A. In the second operation example, N = 8, and the capacitance values of the eight capacitive elements C 0 to C 7 are C. The sum of the capacitance values of the capacitive elements C 7 , C 6 , C 5 , and C 4 is 4C, and the sum of the capacitance values of the capacitive elements C 3 and C 2 is 2C. Accordingly, the capacitive elements C 7 , C 6 , C 5 , C 4 provided in parallel with each other are set to the same potential based on c2 of Ccode, and the capacitive elements C 3 , C 3 provided in parallel with each other are set. by C 2 is set to the same potential to each other based on c1 of Ccode, the second operation example will be equivalent to a first operation example.

図4は、AD変換器1Aの第3動作例を説明する表である。前述の第2動作例の場合と同様に、この第3動作例でも、N=8とし、8個の容量素子C〜Cそれぞれの容量値をCとする。ただし、前述の第2動作例では、バイナリコードで表されたCcode[c2,c1,c0]に基づいて各容量素子の接続が決められていたが、この第3動作例では、Ccode[c2,c1,c0]をデコードして得られるサーモメータコードに基づいて各容量素子の接続が決められる。 FIG. 4 is a table for explaining a third operation example of the AD converter 1A. Similarly to the case of the second operation example described above, in this third operation example, N = 8, and the capacitance values of the eight capacitive elements C 0 to C 7 are C. However, in the above-described second operation example, the connection of each capacitive element is determined based on Ccode [c2, c1, c0] expressed in binary code, but in this third operation example, Ccode [c2, Connection of each capacitive element is determined based on a thermometer code obtained by decoding c1, c0].

この第3動作例において、逐次比較の最初のステップ1では、4個の容量素子C〜Cは第1基準電位VREFHに接続され、4個の容量素子C〜Cは第2基準電位VREFLに接続される。したがって、DA変換部10Aから出力されるデータCTOPは(VREFH+VREFL)/2となる。 In the third operation example, in the first step 1 of the successive approximation, the four capacitive elements C 0 to C 3 are connected to the first reference potential VREFH, and the four capacitive elements C 4 to C 7 are the second reference potential. Connected to potential VREFL. Therefore, the data CTOP output from the DA converter 10A is (VREFH + VREFL) / 2.

ステップ2のケース1では、6個の容量素子C〜Cは第1基準電位VREFHに接続され、2個の容量素子C,Cは第2基準電位VREFLに接続される。したがって、DA変換部10Aから出力されるデータCTOPは(3VREFH+VREFL)/4となる。 In Case 1 of Step 2, the six capacitive elements C 0 to C 5 are connected to the first reference potential VREFH, and the two capacitive elements C 6 and C 7 are connected to the second reference potential VREFL. Therefore, the data CTOP output from the DA converter 10A is (3VREFH + VREFL) / 4.

ステップ2のケース2では、2個の容量素子C,Cは第1基準電位VREFHに接続され、6個の容量素子C〜Cは第2基準電位VREFLに接続される。したがって、DA変換部10Aから出力されるデータCTOPは(VREFH+3VREFL)/4となる。 In case 2 of step 2, the two capacitive elements C 0 and C 1 are connected to the first reference potential VREFH, and the six capacitive elements C 2 to C 7 are connected to the second reference potential VREFL. Therefore, the data CTOP output from the DA converter 10A is (VREFH + 3VREFL) / 4.

ステップ3のケース1-1では、7個の容量素子C〜Cは第1基準電位VREFHに接続され、1個の容量素子Cは第2基準電位VREFLに接続される。したがって、DA変換部10Aから出力されるデータCTOPは(7VREFH+VREFL)/8となる。 In case 1-1 of Step 3, the seven capacitive elements C 0 to C 6 are connected to the first reference potential VREFH, and the one capacitive element C 7 is connected to the second reference potential VREFL. Therefore, the data CTOP output from the DA converter 10A is (7VREFH + VREFL) / 8.

ステップ3のケース1-2では、5個の容量素子C〜Cは第1基準電位VREFHに接続され、3個の容量素子C〜Cは第2基準電位VREFLに接続される。したがって、DA変換部10Aから出力されるデータCTOPは(5VREFH+3VREFL)/8となる。 In Step 1-2 of Step 3, the five capacitive elements C 0 to C 4 are connected to the first reference potential VREFH, and the three capacitive elements C 5 to C 7 are connected to the second reference potential VREFL. Therefore, the data CTOP output from the DA converter 10A is (5VREFH + 3VREFL) / 8.

ステップ3のケース2-1では、3個の容量素子C〜Cは第1基準電位VREFHに接続され、5個の容量素子C〜Cは第2基準電位VREFLに接続される。したがって、DA変換部10Aから出力されるデータCTOPは(3VREFH+5VREFL)/8となる。 In the case 2-1 of Step 3, the three capacitive elements C 0 to C 2 are connected to the first reference potential VREFH, and the five capacitive elements C 3 to C 7 are connected to the second reference potential VREFL. Therefore, the data CTOP output from the DA converter 10A is (3VREFH + 5VREFL) / 8.

ステップ3のケース2-2では、1個の容量素子Cは第1基準電位VREFHに接続され、7個の容量素子C〜Cは第2基準電位VREFLに接続される。したがって、DA変換部10Aから出力されるデータCTOPは(VREFH+7VREFL)/8となる。 In Case 2-2 Step 3, one of the capacitor C 0 is connected to the first reference potential VREFH, 7 pieces of the capacitor C 1 -C 7 is connected to the second reference potential VREFL. Therefore, the data CTOP output from the DA converter 10A is (VREFH + 7VREFL) / 8.

このように、各ステップ・各ケースにおいて第3動作例のDA変換部10Aから出力されるデータCTOPは、前述した第1および第2の各動作例の場合にDA変換部10Aから出力されるデータCTOPと同じ値となる。   As described above, the data CTOP output from the DA converter 10A of the third operation example in each step and each case is the data output from the DA converter 10A in each of the first and second operation examples described above. The same value as CTOP.

上記の第1〜第3の動作例の何れにおいても、初期化ステップから逐次比較の最初のステップ1に移行する際、および、逐次比較の或るステップから次のステップに移行する際に、基準電位供給線経由の電荷移動が生じる。V=VREFH−VREFLとすると、初期化ステップから逐次比較のステップ1に移行する際の電荷移動量は2CVである。ステップ1から次のステップ2のケース1に移行する際の電荷移動量はCV/2である。ステップ1から次のステップ2のケース2に移行する際の電荷移動量は3CV/2である。ステップ2のケース1から次のステップ3のケース1-1に移行する際、ステップ2のケース1から次のステップ3のケース1-2に移行する際、ステップ2のケース2から次のステップ3のケース2-2に移行する際、および、ステップ2のケース2から次のステップ3のケース2-1に移行する際にも、電荷移動が生じる。   In any of the first to third operation examples described above, the reference is used when shifting from the initialization step to the first step 1 of the successive approximation and when shifting from one step of the successive comparison to the next step. Charge transfer through the potential supply line occurs. If V = VREFH−VREFL, the amount of charge transfer when shifting from the initialization step to the successive comparison step 1 is 2 CV. The amount of charge transfer when shifting from step 1 to case 1 of the next step 2 is CV / 2. The amount of charge transfer when shifting from step 1 to case 2 of the next step 2 is 3 CV / 2. When transferring from case 1 of step 2 to case 1-1 of the next step 3, when transferring from case 1 of step 2 to case 1-2 of next step 3, from case 2 of step 2 to next step 3 The charge transfer also occurs when the process shifts to case 2-2 and when the process shifts from case 2 of step 2 to case 2-1 of the next step 3.

逐次比較の各ステップにおけるDA変換部10Aの電荷移動量は、直前のステップの比較部20による比較結果のみでは決まらず、最初のステップから直前のステップまでの比較部20による比較結果の履歴に応じて異なる。一方、逐次比較の各ステップにおけるDA変換部10Aの電荷移動量は、基準電位供給線に基準電位(VREFH,VREFL)を出力するバッファの特性には依存しない。   The charge transfer amount of the DA conversion unit 10A in each step of the successive comparison is not determined only by the comparison result by the comparison unit 20 of the immediately preceding step, but depends on the history of comparison results by the comparison unit 20 from the first step to the immediately preceding step. Different. On the other hand, the amount of charge transfer of the DA converter 10A in each step of the successive approximation does not depend on the characteristics of the buffer that outputs the reference potential (VREFH, VREFL) to the reference potential supply line.

そこで、前述したとおり、非特許文献4,5に記載された技術は、最初のステップから直前のステップまでの比較部による比較結果の履歴に基づいて、基準電位供給線に対して注入する電荷の量をステップ毎に設定する。しかし、電荷注入を行うステップの数が多くなると、電荷注入量を決める為の回路は、論理が複雑になり、また、処理に要する時間が長くなる。すなわち、各ステップの期間の短縮化の意図に反する結果となる場合がある。   Therefore, as described above, the techniques described in Non-Patent Documents 4 and 5 are based on the history of comparison results by the comparison unit from the first step to the previous step, and the charge injected into the reference potential supply line. Set the amount step by step. However, when the number of steps for performing charge injection increases, the logic for determining the amount of charge injection becomes complicated and the time required for processing increases. That is, the result may be contrary to the intention of shortening the period of each step.

また、基準電位供給線に対して注入する電荷の量をステップ毎に短時間で正確に設定することができたとしても、その電荷をDA変換部に正確に注入することは困難である。その理由は次のとおりである。基準電位供給線に基準電位(VREFH,VREFL)を出力するバッファの出力インピーダンスが比較的小さいことから、注入した電荷の全てがDA変換部のみに流れるとは限らない。キックバックによる電荷移動のタイミングと電荷注入のタイミングとが少しでも異なると、基準電位の変動が生じて、バッファからの電荷注入が発生してしまう。キックバックによる電荷移動は高速であるので、キックバックによる電荷移動に電荷注入のタイミングを合わせることは困難である。非特許文献4でも、電荷注入した場合の基準電位の時間波形においてリップルが残っている様子が見える。   Even if the amount of charge injected into the reference potential supply line can be accurately set for each step in a short time, it is difficult to accurately inject the charge into the DA converter. The reason is as follows. Since the output impedance of the buffer that outputs the reference potential (VREFH, VREFL) to the reference potential supply line is relatively small, not all of the injected charges flow only to the DA converter. If the timing of charge transfer due to kickback is slightly different from the timing of charge injection, the reference potential fluctuates and charge injection from the buffer occurs. Since charge transfer by kickback is fast, it is difficult to match the timing of charge injection with charge transfer by kickback. Even in Non-Patent Document 4, it can be seen that a ripple remains in the time waveform of the reference potential when charge is injected.

このように、非特許文献4,5に記載された技術は、比較部による比較結果の履歴に基づいて電荷注入量をステップ毎に設定するものの、その為の論理が複雑で所要時間が長くなり、しかも、意図した量の電荷をDA変換部に注入することが困難である。   As described above, although the techniques described in Non-Patent Documents 4 and 5 set the charge injection amount for each step based on the history of comparison results by the comparison unit, the logic for that is complicated and the time required is long. In addition, it is difficult to inject an intended amount of charge into the DA converter.

本実施形態では、電荷注入部50は、逐次比較の何れかステップにおいて、第1基準電位VREFHをDA変換部10Aへ与える基準電位供給線(VREFH供給線)、または、第2基準電位VREFLをDA変換部10Aへ与える基準電位供給線(VREFL供給線)に対し、逐次比較のステップ毎の比較部20による比較結果の履歴に依らず一定量の電荷を注入して、DA変換部10AのスイッチSW〜SWN-1の設定変更に伴う基準電位供給線の電位変動を抑制する。したがって、電荷注入部50は、論理が簡単であるので、逐次比較の多くのステップにおいて電荷注入を行うことができる。そして、本実施形態のAD変換器1Aは、キックバックを小さくして、逐次比較の各ステップの期間を短縮することができ、高速動作が容易となる。 In the present embodiment, the charge injection unit 50 supplies the first reference potential VREFH to the DA conversion unit 10A or the second reference potential VREFL to DA in any step of the successive comparison. A fixed amount of charge is injected into the reference potential supply line (VREFL supply line) to be supplied to the conversion unit 10A regardless of the comparison result history by the comparison unit 20 for each successive comparison step, and the switch SW of the DA conversion unit 10A It suppresses the potential fluctuation of the reference potential supply line accompanying the setting change of 0 to SW N-1 . Accordingly, since the charge injection unit 50 has a simple logic, charge injection can be performed in many steps of successive approximation. And AD converter 1A of this embodiment can make kickback small, can shorten the period of each step of successive approximation, and high-speed operation becomes easy.

キックバックは、逐次比較の最初のステップでは大きく、ステップが進むに従って小さくなっていく傾向がある。したがって、電荷注入部50は、逐次比較の少なくとも最初のステップにおいて、VREFH供給線またはVREFL供給線に対し電荷を注入するのが好適である。また、電荷注入部50は、逐次比較のステップが進むに従って、VREFH供給線またはVREFL供給線に対し注入する電荷の量を適正化するのが好適である。   Kickback tends to be large at the first step of successive approximation and decrease as the step progresses. Therefore, it is preferable that the charge injection unit 50 injects charges into the VREFH supply line or the VREFL supply line in at least the first step of the successive approximation. Further, it is preferable that the charge injection unit 50 optimizes the amount of charge injected into the VREFH supply line or the VREFL supply line as the successive comparison step proceeds.

電荷注入部50は、VREFH供給線に対し一定量の電荷を注入するとともに、VREFL供給線に対し一定量の電荷を注入するのが好適である。電荷注入部50は、第2基準電位VREFLが接地電位と同じである場合には、VREFH供給線に対してのみ一定量の電荷を注入してもよい。なお、基準電位供給線に対して電荷を注入する場合の他、基準電位供給線から電荷を引き抜く場合もあるが、これらを総称して注入という。   The charge injection unit 50 preferably injects a certain amount of charge into the VREFH supply line and injects a certain amount of charge into the VREFL supply line. When the second reference potential VREFL is the same as the ground potential, the charge injection unit 50 may inject a certain amount of charge only to the VREFH supply line. In addition to injecting charges into the reference potential supply line, charges may be extracted from the reference potential supply line. These are collectively referred to as injection.

電荷注入部50は、電荷を蓄積する容量部を含む構成を有し、その容量部に蓄積した電荷を逐次比較の所定のステップにおいてVREFH供給線またはVREFL供給線に対し注入する。電荷注入部50は、逐次比較の複数のステップにおいて電荷注入を行う場合には、それら複数のステップそれぞれに対応して容量部を含む構成を有する。この場合、容量部の容量値はステップ毎に異なる。   The charge injection unit 50 has a configuration including a capacitor unit that accumulates charges, and injects the charge accumulated in the capacitor unit into the VREFH supply line or the VREFL supply line in a predetermined step of successive comparison. When charge injection is performed in a plurality of steps of successive comparison, the charge injection unit 50 has a configuration including a capacitor unit corresponding to each of the plurality of steps. In this case, the capacitance value of the capacitance unit varies from step to step.

また、電荷注入部50は、VREFH供給線およびVREFL供給線の双方に対して電荷注入を行う場合には、VREFH供給線およびVREFL供給線それぞれに対応して容量部を含む構成を有する。この場合、VREFH供給線に対応する容量部の容量値と、VREFL供給線に対応する容量部の容量値とは、互いに同じであってもよい。   Further, when charge injection is performed on both the VREFH supply line and the VREFL supply line, the charge injection unit 50 has a configuration including a capacitance unit corresponding to each of the VREFH supply line and the VREFL supply line. In this case, the capacitance value of the capacitor corresponding to the VREFH supply line and the capacitance value of the capacitor corresponding to the VREFL supply line may be the same.

電荷注入部50は、容量部に電荷を蓄積する際に、第1電源電位または第2電源電位を用いてもよい。第1電源電位および第2電源電位のうち一方は高電位の電源電位(VDD電位)であり、他方は低電位の接地電位(VSS電位)である。以下では、VDD電位をDA変換部10Aへ与える電源電位供給線をVDD供給線といい、VSS電位をDA変換部10Aへ与える電源電位供給線をVSS供給線という。   The charge injection unit 50 may use the first power supply potential or the second power supply potential when accumulating charges in the capacitor unit. One of the first power supply potential and the second power supply potential is a high power supply potential (VDD potential), and the other is a low ground potential (VSS potential). Hereinafter, the power supply potential supply line that applies the VDD potential to the DA converter 10A is referred to as a VDD supply line, and the power supply potential supply line that applies the VSS potential to the DA converter 10A is referred to as a VSS supply line.

第1基準電位VREFHはVDD電位と同じであってもよい。第2基準電位VREFLはVSS電位と同じであってもよい。一般に、第1基準電位VREFHおよび第2基準電位VREFLは、VDD電位およびVSS電位によって駆動されるバッファにより生成されて出力される。また、一般に、VDD≦VREFL であり、VREFH≦VDD である。   The first reference potential VREFH may be the same as the VDD potential. The second reference potential VREFL may be the same as the VSS potential. In general, the first reference potential VREFH and the second reference potential VREFL are generated and output by a buffer driven by the VDD potential and the VSS potential. In general, VDD ≦ VREFL and VREFH ≦ VDD.

電荷注入部50の容量部は、電荷蓄積時と電荷注入時との間の遷移の際に、両端がオープン状態となるのが好適である。このようにすることで、意図しない電荷の移動を抑制することができる。   It is preferable that both ends of the capacitor portion of the charge injection portion 50 be in an open state at the time of transition between charge accumulation and charge injection. In this way, unintended charge movement can be suppressed.

電荷注入部50の容量部は、電荷蓄積時に基準電位供給線から切り離されているのが好適である。このようにすることで、電荷蓄積に因る基準電位供給線の電位変動を抑制することができるので、電荷蓄積時と電荷注入時との間の遷移のタイミングの自由度が高くなる。また、電荷蓄積の期間を長くとることができるので、電荷蓄積時に容量部に流れる電流を小さくすることができる。   It is preferable that the capacitor portion of the charge injection unit 50 be disconnected from the reference potential supply line during charge accumulation. By doing so, the potential fluctuation of the reference potential supply line due to charge accumulation can be suppressed, so that the degree of freedom of the transition timing between charge accumulation and charge injection is increased. In addition, since the charge accumulation period can be extended, the current flowing through the capacitor portion during charge accumulation can be reduced.

電荷注入部50の容量部の容量値は可変であるのが好適である。第1基準電位VREFHおよび第2基準電位VREFLを生成するバッファの応答特性、および、基準電位供給線に設けられるデカップリング容量部の容量値などに応じて、容量部の容量値が設定されるのが好適である。   The capacitance value of the capacitance portion of the charge injection portion 50 is preferably variable. The capacitance value of the capacitor portion is set according to the response characteristics of the buffer that generates the first reference potential VREFH and the second reference potential VREFL, the capacitance value of the decoupling capacitor portion provided in the reference potential supply line, and the like. Is preferred.

次に、電荷注入部50の回路例として、電荷注入部51〜53の各構成について説明する。以下に示す回路例は、逐次比較の1ステップ分の構成である。   Next, as a circuit example of the charge injection unit 50, each configuration of the charge injection units 51 to 53 will be described. The circuit example shown below has a configuration for one step of successive approximation.

図5は、電荷注入部50の第1回路例としての電荷注入部51の構成を示す図である。電荷注入部51は、容量部101,102およびスイッチ111,112,121,122を備える。容量部101,102それぞれの容量値は、互いに異なっていてもよいが、互いに等しいのが好適である。スイッチ111,112,121,122それぞれは、制御部30Aから与えられる信号NSWに基づいて設定される。   FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a charge injection unit 51 as a first circuit example of the charge injection unit 50. The charge injection unit 51 includes capacitance units 101 and 102 and switches 111, 112, 121, and 122. The capacitance values of the capacitance units 101 and 102 may be different from each other, but are preferably equal to each other. Each of switches 111, 112, 121, and 122 is set based on signal NSW given from control unit 30A.

容量部101の第1端101aは、スイッチ111により、VDD供給線に接続された状態、VREFH供給線に接続された状態、および、オープン状態、の何れかとされる。容量部101の第2端101bは、スイッチ121により、VSS供給線に接続された状態、VDD供給線に接続された状態、および、オープン状態、の何れかとされる。   The first end 101a of the capacitor unit 101 is set to one of a state connected to the VDD supply line, a state connected to the VREFH supply line, and an open state by the switch 111. The second end 101b of the capacitor 101 is set to one of a state connected to the VSS supply line, a state connected to the VDD supply line, and an open state by the switch 121.

容量部102の第1端102aは、スイッチ112により、VSS供給線に接続された状態、VREFL供給線に接続された状態、および、オープン状態、の何れかとされる。容量部102の第2端102bは、スイッチ122により、VDD供給線に接続された状態、VSS供給線に接続された状態、および、オープン状態、の何れかとされる。   The first end 102a of the capacitor 102 is set to one of a state connected to the VSS supply line, a state connected to the VREFL supply line, and an open state by the switch 112. The second end 102b of the capacitor portion 102 is set to one of a state connected to the VDD supply line, a state connected to the VSS supply line, and an open state by the switch 122.

信号NSWがローレベルである期間、容量部101の第1端101aはスイッチ111によりVDD供給線に接続され、容量部101の第2端101bはスイッチ121によりVSS供給線に接続される。これにより、容量部101に電荷が蓄積される。また、信号NSWがローレベルである期間、容量部102の第1端102aはスイッチ112によりVSS供給線に接続され、容量部102の第2端102bはスイッチ122によりVDD供給線に接続される。これにより、容量部102に電荷が蓄積される。この電荷蓄積の所要時間は長くても構わないので、電荷蓄積時の各スイッチのオン抵抗値は大きくてもよい。また、電荷蓄積時の各スイッチのオン抵抗値を大きくすることで、電源ノイズを低減することができる。   During the period when the signal NSW is at a low level, the first end 101a of the capacitor 101 is connected to the VDD supply line by the switch 111, and the second end 101b of the capacitor 101 is connected to the VSS supply line by the switch 121. As a result, charges are accumulated in the capacitor 101. Further, during the period in which the signal NSW is at a low level, the first end 102 a of the capacitor 102 is connected to the VSS supply line by the switch 112, and the second end 102 b of the capacitor 102 is connected to the VDD supply line by the switch 122. As a result, charges are accumulated in the capacitor 102. Since the time required for this charge accumulation may be long, the on-resistance value of each switch during charge accumulation may be large. Further, the power source noise can be reduced by increasing the on-resistance value of each switch during charge accumulation.

信号NSWがハイレベルになると、容量部101の第1端101aはスイッチ111によりVREFH供給線に接続され、容量部101の第2端101bはスイッチ121によりVDD供給線に接続される。これにより、これまでに容量部101に蓄積されていた電荷はVREFH供給線に対し注入される。また、信号NSWがハイレベルになると、容量部102の第1端102aはスイッチ112によりVREFL供給線に接続され、容量部102の第2端102bはスイッチ122によりVSS供給線に接続される。これにより、これまでに容量部102に蓄積されていた電荷はVREFL供給線に対し注入される。この電荷注入は短時間で行われるのが好ましく、したがって、電荷注入時の各スイッチのオン抵抗値は小さいのが好ましい。   When the signal NSW becomes high level, the first end 101a of the capacitor 101 is connected to the VREFH supply line by the switch 111, and the second end 101b of the capacitor 101 is connected to the VDD supply line by the switch 121. As a result, the charge accumulated in the capacitor 101 so far is injected into the VREFH supply line. When the signal NSW becomes high level, the first end 102a of the capacitor 102 is connected to the VREFL supply line by the switch 112, and the second end 102b of the capacitor 102 is connected to the VSS supply line by the switch 122. As a result, the electric charge accumulated in the capacitor 102 so far is injected into the VREFL supply line. This charge injection is preferably performed in a short time, and therefore, the on-resistance value of each switch during charge injection is preferably small.

なお、意図しない電荷の移動を回避するために、上記の電荷蓄積期間と電荷注入期間との間の遷移時には、スイッチ111,121により容量部101の両端をオープン状態とし、スイッチ112,122により容量部102の両端をオープン状態とする。   Note that, in order to avoid unintended charge movement, both ends of the capacitor 101 are opened by the switches 111 and 121 at the transition between the charge accumulation period and the charge injection period, and the capacitors 112 and 122 Both ends of the unit 102 are in an open state.

図6は、電荷注入部50の第2回路例としての電荷注入部52の構成を示す図である。電荷注入部52は、容量部201,202、PMOSトランジスタ211,212、NMOSトランジスタ221,222、NMOSトランジスタ231、PMOSトランジスタ232、抵抗器241,242、および、インバータ回路261,262を含む。容量部201,202それぞれの容量値は、互いに異なっていてもよいが、互いに等しいのが好適である。   FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a charge injection unit 52 as a second circuit example of the charge injection unit 50. The charge injection unit 52 includes capacitance units 201 and 202, PMOS transistors 211 and 212, NMOS transistors 221 and 222, NMOS transistor 231, PMOS transistor 232, resistors 241 and 242, and inverter circuits 261 and 262. The capacitance values of the capacitance units 201 and 202 may be different from each other, but are preferably equal to each other.

容量部201の第1端201aは、VREFH供給線に接続されている。容量部201は、第2端201bのレベルに応じて電荷蓄積またはVREFH供給線への電荷注入を行う。PMOSトランジスタ211およびNMOSトランジスタ221は、インバータ回路を構成している。すなわち、PMOSトランジスタ211のソースはVDD供給線に接続されている。NMOSトランジスタ221のソースはVSS供給線に接続されている。PMOSトランジスタ211およびNMOSトランジスタ221それぞれのゲートは、互いに接続されて入力端となっている。PMOSトランジスタ211およびNMOSトランジスタ221それぞれのドレインは、互いに接続されて出力端となっている。この出力端は、容量部201の第2端201bに接続されている。   The first end 201a of the capacitor 201 is connected to the VREFH supply line. The capacitor unit 201 performs charge accumulation or charge injection into the VREFH supply line according to the level of the second end 201b. The PMOS transistor 211 and the NMOS transistor 221 constitute an inverter circuit. That is, the source of the PMOS transistor 211 is connected to the VDD supply line. The source of the NMOS transistor 221 is connected to the VSS supply line. The gates of the PMOS transistor 211 and the NMOS transistor 221 are connected to each other and serve as an input terminal. The drains of the PMOS transistor 211 and the NMOS transistor 221 are connected to each other and serve as an output terminal. The output end is connected to the second end 201b of the capacitor unit 201.

PMOSトランジスタ211およびNMOSトランジスタ221からなるインバータ回路において、入力端とNMOSトランジスタ221のゲートとの間に、NMOSトランジスタ231および抵抗器241が設けられている。NMOSトランジスタ231のドレインは、抵抗器241に接続され、また、NMOSトランジスタ221,231それぞれのゲートに接続されている。NMOSトランジスタ231のソースはVSS供給線に接続されている。NMOSトランジスタ221,231はカレントミラー回路を構成している。   In the inverter circuit including the PMOS transistor 211 and the NMOS transistor 221, an NMOS transistor 231 and a resistor 241 are provided between the input terminal and the gate of the NMOS transistor 221. The drain of the NMOS transistor 231 is connected to the resistor 241 and to the gates of the NMOS transistors 221 and 231. The source of the NMOS transistor 231 is connected to the VSS supply line. The NMOS transistors 221 and 231 constitute a current mirror circuit.

NMOSトランジスタ231および抵抗器241は、容量部201において電荷注入の後に電荷蓄積を開始した際にインバータ回路の出力端と容量部201の第2端201bとの間に流れる電流の大きさを制限する電流制限回路251を構成している。すなわち、抵抗器241の抵抗値に応じた大きさの電流がNMOSトランジスタ231に流れるとともに、これに応じた大きさの電流がNMOSトランジスタ221に流れる。   The NMOS transistor 231 and the resistor 241 limit the magnitude of a current that flows between the output terminal of the inverter circuit and the second end 201b of the capacitor unit 201 when charge accumulation is started after charge injection in the capacitor unit 201. A current limiting circuit 251 is configured. That is, a current having a magnitude corresponding to the resistance value of the resistor 241 flows to the NMOS transistor 231 and a current having a magnitude corresponding to the current flows to the NMOS transistor 221.

容量部202の第1端202aは、VREFL供給線に接続されている。容量部202は、第2端202bのレベルに応じて電荷蓄積またはVREFL供給線への電荷注入を行う。PMOSトランジスタ212およびNMOSトランジスタ222は、インバータ回路を構成している。すなわち、PMOSトランジスタ212のソースはVDD供給線に接続されている。NMOSトランジスタ222のソースはVSS供給線に接続されている。PMOSトランジスタ212およびNMOSトランジスタ222それぞれのゲートは、互いに接続されて入力端となっている。PMOSトランジスタ212およびNMOSトランジスタ222それぞれのドレインは、互いに接続されて出力端となっている。この出力端は、容量部202の第2端202bに接続されている。   The first end 202a of the capacitor 202 is connected to the VREFL supply line. The capacitor 202 performs charge accumulation or charge injection into the VREFL supply line according to the level of the second end 202b. The PMOS transistor 212 and the NMOS transistor 222 constitute an inverter circuit. That is, the source of the PMOS transistor 212 is connected to the VDD supply line. The source of the NMOS transistor 222 is connected to the VSS supply line. The gates of the PMOS transistor 212 and the NMOS transistor 222 are connected to each other and serve as an input terminal. The drains of the PMOS transistor 212 and the NMOS transistor 222 are connected to each other and serve as an output terminal. This output end is connected to the second end 202b of the capacitor 202.

PMOSトランジスタ212およびNMOSトランジスタ222からなるインバータ回路において、入力端とPMOSトランジスタ212のゲートとの間に、PMOSトランジスタ232および抵抗器242が設けられている。PMOSトランジスタ232のドレインは、抵抗器242に接続され、また、PMOSトランジスタ212,232それぞれのゲートに接続されている。PMOSトランジスタ232のソースはVDD供給線に接続されている。PMOSトランジスタ212,232はカレントミラー回路を構成している。   In the inverter circuit including the PMOS transistor 212 and the NMOS transistor 222, a PMOS transistor 232 and a resistor 242 are provided between the input terminal and the gate of the PMOS transistor 212. The drain of the PMOS transistor 232 is connected to the resistor 242 and is connected to the gates of the PMOS transistors 212 and 232. The source of the PMOS transistor 232 is connected to the VDD supply line. The PMOS transistors 212 and 232 constitute a current mirror circuit.

PMOSトランジスタ232および抵抗器242は、容量部202において電荷注入の後に電荷蓄積を開始した際にインバータ回路の出力端と容量部202の第2端202bとの間に流れる電流の大きさを制限する電流制限回路252を構成している。すなわち、抵抗器242の抵抗値に応じた大きさの電流がPMOSトランジスタ232に流れるとともに、これに応じた大きさの電流がPMOSトランジスタ212に流れる。   The PMOS transistor 232 and the resistor 242 limit the amount of current that flows between the output terminal of the inverter circuit and the second terminal 202b of the capacitor 202 when charge accumulation is started after charge injection in the capacitor 202. A current limiting circuit 252 is configured. That is, a current having a magnitude corresponding to the resistance value of the resistor 242 flows to the PMOS transistor 232 and a current having a magnitude corresponding to the current flows to the PMOS transistor 212.

インバータ回路261は、制御部30Aから出力された信号NSWを入力して、その入力信号に対して論理反転して信号を出力する。PMOSトランジスタ211およびNMOSトランジスタ221からなるインバータ回路は、このインバータ回路261から出力された信号を入力して、電荷蓄積または電荷注入を行う。   The inverter circuit 261 receives the signal NSW output from the control unit 30A, logically inverts the input signal, and outputs a signal. The inverter circuit composed of the PMOS transistor 211 and the NMOS transistor 221 inputs the signal output from the inverter circuit 261 and performs charge accumulation or charge injection.

インバータ回路262は、インバータ回路261から出力された信号を入力して、その入力信号に対して論理反転した信号を出力する。PMOSトランジスタ212およびNMOSトランジスタ222からなるインバータ回路は、このインバータ回路262から出力された信号を入力して、電荷蓄積または電荷注入を行う。   The inverter circuit 262 receives the signal output from the inverter circuit 261 and outputs a signal obtained by logically inverting the input signal. The inverter circuit composed of the PMOS transistor 212 and the NMOS transistor 222 receives the signal output from the inverter circuit 262 and performs charge accumulation or charge injection.

この回路例では、信号NSWがローレベルである期間、容量部201,202に電荷が蓄積される。信号NSWがハイレベルになると、これまでに容量部201に蓄積されていた電荷はVREFH供給線に対し注入され、また、これまでに容量部202に蓄積されていた電荷はVREFL供給線に対し注入される。また、この回路例では、電流制限回路251,252が設けられていることにより、逐次比較の処理中に電荷蓄積動作に遷移しても、基準電位供給線の電位変動を抑制することができる。   In this circuit example, charges are accumulated in the capacitor portions 201 and 202 during a period when the signal NSW is at a low level. When the signal NSW becomes high level, the charge accumulated in the capacitor unit 201 so far is injected into the VREFH supply line, and the charge previously accumulated in the capacitor unit 202 is injected into the VREFL supply line. Is done. Further, in this circuit example, since the current limiting circuits 251 and 252 are provided, the potential fluctuation of the reference potential supply line can be suppressed even when the charge storage operation is shifted during the successive approximation process.

図7は、電荷注入部50の第3回路例としての電荷注入部53の構成を示す図である。電荷注入部53は、容量部301,302、PMOSトランジスタ311、NMOSトランジスタ312、PMOSトランジスタ321、NMOSトランジスタ322、インバータ回路331〜335,341,342,351,352、NANDゲート回路361,362、および、インバータ回路363を含む。容量部301,302それぞれの容量値は、互いに異なっていてもよいが、互いに等しいのが好適である。   FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of a charge injection unit 53 as a third circuit example of the charge injection unit 50. The charge injection unit 53 includes capacitance units 301 and 302, a PMOS transistor 311, an NMOS transistor 312, a PMOS transistor 321, an NMOS transistor 322, inverter circuits 331 to 335, 341, 342, 351, and 352, NAND gate circuits 361 and 362, and Inverter circuit 363 is included. The capacitance values of the capacitor units 301 and 302 may be different from each other, but are preferably equal to each other.

容量部301の第1端301aは、PMOSトランジスタ311を介してVREFH供給線に接続され、PMOSトランジスタ321を介してVDD供給線に接続されている。容量部301の第2端301bは、インバータ回路351の出力端に接続されている。PMOSトランジスタ311は、容量部301の第1端301aとVREFH供給線との間に設けられた第1スイッチであり、インバータ回路341の出力端から出力される信号をゲートに入力して、その入力信号のレベルに応じてオン/オフが制御される。PMOSトランジスタ321は、容量部301の第1端301aとVDD供給線との間に設けられた第2スイッチであり、NANDゲート回路361の出力端から出力される信号をゲートに入力して、その入力信号のレベルに応じてオン/オフが制御される。   The first end 301 a of the capacitor 301 is connected to the VREFH supply line via the PMOS transistor 311 and is connected to the VDD supply line via the PMOS transistor 321. A second end 301 b of the capacitor 301 is connected to the output end of the inverter circuit 351. The PMOS transistor 311 is a first switch provided between the first end 301a of the capacitor unit 301 and the VREFH supply line, and a signal output from the output end of the inverter circuit 341 is input to the gate, and the input On / off is controlled according to the level of the signal. The PMOS transistor 321 is a second switch provided between the first end 301a of the capacitor 301 and the VDD supply line, and inputs a signal output from the output end of the NAND gate circuit 361 to the gate. On / off is controlled according to the level of the input signal.

容量部302の第1端302aは、NMOSトランジスタ312を介してVREFL供給線に接続され、NMOSトランジスタ322を介してVSS供給線に接続されている。容量部302の第2端302bは、インバータ回路351の出力端に接続されている。NMOSトランジスタ312は、容量部302の第1端302aとVREFL供給線との間に設けられた第1スイッチであり、インバータ回路342の出力端から出力される信号をゲートに入力して、その入力信号のレベルに応じてオン/オフが制御される。NMOSトランジスタ322は、容量部302の第1端302aとVSS供給線との間に設けられた第2スイッチであり、NANDゲート回路362の出力端から出力されインバータ回路363により論理反転された信号をゲートに入力して、その入力信号のレベルに応じてオン/オフが制御される。   The first end 302 a of the capacitor 302 is connected to the VREFL supply line via the NMOS transistor 312 and connected to the VSS supply line via the NMOS transistor 322. A second end 302 b of the capacitor 302 is connected to the output end of the inverter circuit 351. The NMOS transistor 312 is a first switch provided between the first end 302a of the capacitor 302 and the VREFL supply line, and a signal output from the output end of the inverter circuit 342 is input to the gate, and the input On / off is controlled according to the level of the signal. The NMOS transistor 322 is a second switch provided between the first end 302a of the capacitor 302 and the VSS supply line, and outputs a signal that is output from the output end of the NAND gate circuit 362 and logically inverted by the inverter circuit 363. The signal is input to the gate, and on / off is controlled according to the level of the input signal.

インバータ回路331〜335は、この順に直列的に接続されており、制御部30Aから出力された信号NSWを初段のインバータ回路331に入力して、その信号に対して各段のインバータ回路において順次に論理反転するとともに所定の遅延を与える。   The inverter circuits 331 to 335 are connected in series in this order, and the signal NSW output from the control unit 30A is input to the first stage inverter circuit 331, and the inverter circuit at each stage sequentially receives the signal. The logic is inverted and a predetermined delay is given.

インバータ回路341は、インバータ回路332から出力された信号を入力して、その入力信号を論理反転した信号をPMOSトランジスタ311のゲートへ出力する。インバータ回路342は、インバータ回路333から出力された信号を入力して、その入力信号を論理反転した信号をNMOSトランジスタ312のゲートへ出力する。インバータ回路351は、インバータ回路333から出力された信号を入力して、その入力信号を論理反転した信号を容量部301の第2端301bへ出力する。インバータ回路352は、インバータ回路334から出力された信号を入力して、その入力信号を論理反転した信号を容量部302の第2端302bへ出力する。   The inverter circuit 341 receives the signal output from the inverter circuit 332, and outputs a signal obtained by logically inverting the input signal to the gate of the PMOS transistor 311. The inverter circuit 342 receives the signal output from the inverter circuit 333 and outputs a signal obtained by logically inverting the input signal to the gate of the NMOS transistor 312. The inverter circuit 351 receives the signal output from the inverter circuit 333, and outputs a signal obtained by logically inverting the input signal to the second end 301b of the capacitor 301. The inverter circuit 352 receives the signal output from the inverter circuit 334 and outputs a signal obtained by logically inverting the input signal to the second end 302 b of the capacitor 302.

NANDゲート回路361は、インバータ回路331,335それぞれから出力された信号を入力して、これら2つの信号の否定論理積の信号をPMOSトランジスタ321のゲートへ出力する。NANDゲート回路362およびインバータ回路363は、インバータ回路331,335それぞれから出力された信号を入力して、これら2つの信号の論理積の信号をNMOSトランジスタ322のゲートへ出力する。   The NAND gate circuit 361 receives the signals output from the inverter circuits 331 and 335, and outputs a negative logical product of these two signals to the gate of the PMOS transistor 321. NAND gate circuit 362 and inverter circuit 363 receive signals output from inverter circuits 331 and 335, respectively, and output a logical product of these two signals to the gate of NMOS transistor 322.

この回路例では、信号NSWがローレベルである期間、PMOSトランジスタ311およびNMOSトランジスタ312がオフ状態となるとともに、PMOSトランジスタ321およびNMOSトランジスタ322がオン状態となって、容量部301,302に電荷が蓄積される。信号NSWがハイレベルになると、PMOSトランジスタ311およびNMOSトランジスタ312がオン状態となるとともに、PMOSトランジスタ321およびNMOSトランジスタ322がオフ状態となって、これまでに容量部301に蓄積されていた電荷はVREFH供給線に対し注入され、また、これまでに容量部302に蓄積されていた電荷はVREFL供給線に対し注入される。   In this circuit example, while the signal NSW is at a low level, the PMOS transistor 311 and the NMOS transistor 312 are turned off and the PMOS transistor 321 and the NMOS transistor 322 are turned on. Accumulated. When the signal NSW becomes high level, the PMOS transistor 311 and the NMOS transistor 312 are turned on, and the PMOS transistor 321 and the NMOS transistor 322 are turned off, so that the charge accumulated in the capacitor 301 until now is VREFH The charges that have been injected into the supply line and have been accumulated in the capacitor 302 so far are injected into the VREFL supply line.

また、この回路例では、PMOSトランジスタ311およびPMOSトランジスタ321が同時にオン状態になることはなく、VREFH供給線とVDD供給線とが互いに接続されることはない。NMOSトランジスタ312およびNMOSトランジスタ322は同時にオン状態になることはなく、VREFL供給線とVSS供給線とが互いに接続されることはない。   In this circuit example, the PMOS transistor 311 and the PMOS transistor 321 are not simultaneously turned on, and the VREFH supply line and the VDD supply line are not connected to each other. The NMOS transistor 312 and the NMOS transistor 322 are not turned on at the same time, and the VREFL supply line and the VSS supply line are not connected to each other.

(第2構成例)
図8は、AD変換器1Bの構成を示す図である。この図に示される第2構成例のAD変換器1Bは、DA変換部10B、比較部20、制御部30B、スイッチ40および電荷注入部50を備える。AD変換器1Bは、入力アナログデータAinに応じたデジタルデータを制御部30Bから出力する。
(Second configuration example)
FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of the AD converter 1B. The AD converter 1B of the second configuration example shown in this figure includes a DA conversion unit 10B, a comparison unit 20, a control unit 30B, a switch 40, and a charge injection unit 50. The AD converter 1B outputs digital data corresponding to the input analog data Ain from the control unit 30B.

DA変換部10Bは、N個の容量素子C〜CN-1およびN個のスイッチSW〜SWN-1を含む。N個のスイッチSW〜SWN-1は、制御部30Bから出力される制御信号に基づいて設定される。各容量素子Cの第1端は、対応するスイッチSWと接続されている。各容量素子Cの第1端は、スイッチSWの設定により、高電位の第1基準電位VREFHまたは低電位の第2基準電位VREFLとされる。各容量素子Cの第2端は、共通に接続されて出力端を構成している。DA変換部10Bは、入力アナログデータAinをN個の容量素子C〜CN-1によりホールドした後、N個のスイッチSW〜SWN-1それぞれの設定に応じたデータCTOPを比較部20へ出力する。 The DA conversion unit 10B includes N capacitive elements C 0 to C N−1 and N switches SW 0 to SW N−1 . The N switches SW 0 to SW N-1 are set based on a control signal output from the control unit 30B. The first end of the capacitive element C n is connected to the corresponding switch SW n. The first end of the capacitive element C n is the setting of the switch SW n, is the second reference potential VREFL the first reference potential VREFH or low potential of the high potential. The second end of the capacitive elements C n constitute the output terminals are connected in common. The DA converter 10B holds the input analog data Ain by the N capacitive elements C 0 to C N-1 and then compares the data CTOP corresponding to the setting of each of the N switches SW 0 to SW N-1. 20 output.

なお、Nは2以上の整数であり、nは0以上(N−1)以下の整数である。また、N個の容量素子C〜CN-1のうち何れかの容量素子の第1端は一定電位とされる場合があり、その場合には、その容量素子に対応するスイッチは不要である。 N is an integer of 2 or more, and n is an integer of 0 or more and (N-1) or less. In addition, the first end of any one of the N capacitive elements C 0 to C N-1 may be at a constant potential, and in this case, a switch corresponding to the capacitive element is not necessary. is there.

比較部20は、2つの入力端それぞれに入力されるデータを大小比較して、その比較結果を表す比較信号を制御部30Bへ出力する。第2構成例では、比較部20は、DA変換部10Bから出力されたデータCTOPを一方の入力端に入力し、基準レベルVCMを他方の入力端に入力する。基準レベルVCMは、例えば、第1基準電位VREFHと第2基準電位VREFLとの平均値である。または、基準レベルVCMは、比較部20が最も高性能(例えば、高感度、高SN比)に動作することができる値に設定される場合もある。スイッチ40は、比較部20の2つの入力端の間に設けられている。   The comparison unit 20 compares the data input to each of the two input terminals, and outputs a comparison signal representing the comparison result to the control unit 30B. In the second configuration example, the comparison unit 20 inputs the data CTOP output from the DA conversion unit 10B to one input terminal, and inputs the reference level VCM to the other input terminal. The reference level VCM is, for example, an average value of the first reference potential VREFH and the second reference potential VREFL. Alternatively, the reference level VCM may be set to a value at which the comparison unit 20 can operate with the highest performance (for example, high sensitivity and high SN ratio). The switch 40 is provided between the two input terminals of the comparison unit 20.

制御部30Bは、比較部20から出力された比較信号に基づいて、逐次比較のステップ毎に、DA変換部10Bから出力されるデータCTOPと入力アナログデータAinとの差が小さくなるように制御信号を生成して、その制御信号をDA変換部10Bへ出力する。   Based on the comparison signal output from the comparison unit 20, the control unit 30B controls the control signal so that the difference between the data CTOP output from the DA conversion unit 10B and the input analog data Ain is reduced at each successive comparison step. And outputs the control signal to the DA converter 10B.

電荷注入部50は、逐次比較の何れかステップにおいて、VREFH供給線またはVREFL供給線に対し、逐次比較のステップ毎の比較部20による比較結果の履歴に依らず一定量の電荷を注入して、DA変換部10BのスイッチSW〜SWN-1の設定変更に伴う基準電位供給線の電位変動を抑制する。この電荷注入部50については前述したとおりである。 The charge injection unit 50 injects a certain amount of charge into the VREFH supply line or the VREFL supply line at any step of the successive comparison regardless of the comparison result history by the comparison unit 20 at each successive comparison step. The potential fluctuation of the reference potential supply line due to the setting change of the switches SW 0 to SW N-1 of the DA converter 10B is suppressed. The charge injection unit 50 is as described above.

このAD変換器1Bでは、初期化ステップにおいて、スイッチ40がオン状態となってCTOPがVCMに初期化されるとともに、各スイッチSWの設定によって各容量素子Cに入力アナログデータAinがホールドされる。AD変換器1Bは、この初期化ステップの後の逐次比較の各ステップでは、前述したAD変換器1Aの場合と同じ動作が可能である。 In the AD converter 1B, in the initialization step, the switch 40 is turned on to initialize CTOP to VCM, and the input analog data Ain is held in each capacitor element C n by the setting of each switch SW n. The The AD converter 1B can perform the same operation as that of the above-described AD converter 1A in each successive comparison step after the initialization step.

図9は、AD変換器1Bの各スイッチSWの回路例を示す図である。各スイッチSWは、スイッチSW、スイッチSWおよびスイッチSWを含む。これらのスイッチは、ゲート電圧の大きさに応じてソースとドレインとの間の導通/非導通が設定されるMOSトランジスタにより構成され得る。 FIG. 9 is a diagram illustrating a circuit example of each switch SW n of the AD converter 1B. Each switch SW n includes a switch SW A , a switch SW H and a switch SW L. These switches can be constituted by MOS transistors in which conduction / non-conduction between the source and the drain is set according to the magnitude of the gate voltage.

スイッチSWは、VREFH供給線と容量素子Cとの間に設けられている。スイッチSWは、ゲート回路G1から出力される信号に基づいてオン/オフの設定が制御される。スイッチSWは、VREFL供給線と容量素子Cとの間に設けられている。スイッチSWは、ゲート回路G2から出力される信号に基づいてオン/オフの設定が制御される。スイッチSWは、入力アナログデータAinが入力される線と容量素子Cとの間に設けられている。スイッチSWは、信号ASWに基づいてオン/オフの設定が制御される。 Switch SW H is provided between the VREFH supply line and the capacitor C n. The switch SW H is controlled to be turned on / off based on a signal output from the gate circuit G1. Switch SW L is provided between the VREFL supply line and the capacitor C n. The switch SW L is controlled to be turned on / off based on a signal output from the gate circuit G2. Switch SW A is provided between the line and the capacitor C n input analog data Ain is input. The switch SW A is controlled to be turned on / off based on the signal ASW.

ゲート回路G1は、信号Cntlおよび信号ACTを入力して、これら2つの入力信号の値の論理積の値を有する信号をスイッチSWに与える。ゲート回路G2は、信号Cntlの論理反転信号および信号ACTを入力して、これら2つの入力信号の値の論理積の値を有する信号をスイッチSWに与える。ゲート回路G1,G2は、DA変換部10Bに設けられるのが好適である。 The gate circuit G1 receives the signal Cntl and signal ACT, providing a signal having a value of logical product of the values of these two input signals to the switch SW H. The gate circuit G2 inputs the logic inversion signal and signal ACT signal Cntl, providing a signal having a value of logical product of the values of these two input signals to the switch SW L. The gate circuits G1 and G2 are preferably provided in the DA converter 10B.

Cntlは、バイナリコードであるCcodeの何れかのビット、または、Ccodeをデコードして得られるサーモメータコードの何れかのビットである。ASWがハイレベルであるとき、各容量素子Cに入力アナログデータAinがホールドされる。ASW がローレベルであって、ACTがハイレベルであるとき、容量素子Cは、Cntlの値に応じて第1基準電位VREFHまたは第2基準電位VREFLに接続される。 Cntl is any bit of Ccode that is a binary code or any bit of a thermometer code obtained by decoding Ccode. When ASW is at a high level, the input analog data Ain is held in the capacitor element C n. When ASW is at a low level and ACT is at a high level, the capacitive element C n is connected to the first reference potential VREFH or the second reference potential VREFL depending on the value of Cntl.

図10は、AD変換器1Bの各スイッチSWの動作を説明するタイミングチャートである。この図において、RSTは、スイッチ40のオン/オフを設定する為の信号である。ACTがハイレベルからローレベルに転じた後に、ASWはローレベルからハイレベルに転じ、RSTもローレベルからハイレベルに転じる。RSTがハイレベルからローレベルに転じた後に、ASWはハイレベルからローレベルに転じ、更にその後にACTはローレベルからハイレベルに転じる。 FIG. 10 is a timing chart for explaining the operation of each switch SW n of the AD converter 1B. In this figure, RST is a signal for setting on / off of the switch 40. After ACT changes from high level to low level, ASW changes from low level to high level, and RST also changes from low level to high level. After RST changes from high level to low level, ASW changes from high level to low level, and then ACT changes from low level to high level.

ACTがハイレベルからローレベルに転じた後に、ASWはローレベルからハイレベルに転じ、RSTもローレベルからハイレベルに転じる。RSTがハイレベルからローレベルに転じた後に、ASWはハイレベルからローレベルに転じる。初期化ステップにおいて、RSTおよびASWがハイレベルである期間に、スイッチ40がオン状態となって、CTOPがVCMに初期化され、各容量素子Cに入力アナログデータAinがホールドされる。 After ACT changes from high level to low level, ASW changes from low level to high level, and RST also changes from low level to high level. After RST goes from high to low, ASW goes from high to low. In the initialization step, the duration RST and ASW is at a high level, the switch 40 is turned on, CTOP is initialized to VCM, the input analog data Ain each capacitive element C n is held.

なお、このようなスイッチ動作により、入力アナログデータAinが入力される線と基準電位供給線との間に貫通電流が流れることを回避することができ、また、各容量素子Cにホールドされた入力アナログデータAinがリークすることを回避することができる。 By such a switching operation, it is possible to avoid a through current from flowing between the line to which the input analog data Ain is input and the reference potential supply line, and the capacitance elements C n are held. It is possible to prevent the input analog data Ain from leaking.

(第3構成例)
図11は、AD変換器1Cの構成を示す図である。この図に示される第3構成例のAD変換器1Cは、第1DA変換部11、第2DA変換部12、比較部20、制御部30C、スイッチ41、スイッチ42および電荷注入部50を備える。AD変換器1Cは、差動のアナログデータ(Ain1,Ain2)を入力し、第1入力アナログデータAin1と第2入力アナログデータAin2との差に応じたデジタルデータを制御部30Cから出力する。
(Third configuration example)
FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of the AD converter 1C. The AD converter 1C of the third configuration example shown in this figure includes a first DA conversion unit 11, a second DA conversion unit 12, a comparison unit 20, a control unit 30C, a switch 41, a switch 42, and a charge injection unit 50. The AD converter 1C receives differential analog data (Ain1, Ain2), and outputs digital data corresponding to the difference between the first input analog data Ain1 and the second input analog data Ain2 from the control unit 30C.

この第3構成例における第1DA変換部11および第2DA変換部12は、前述した第2構成例におけるDA変換部10Bと同じ構成を有する。第1DA変換部11は、第1入力アナログデータAin1を入力する。第2DA変換部12は、第2入力アナログデータAin2を入力する。   The first DA converter 11 and the second DA converter 12 in the third configuration example have the same configuration as the DA converter 10B in the second configuration example described above. The first DA converter 11 receives the first input analog data Ain1. The second DA converter 12 receives the second input analog data Ain2.

第1DA変換部11のN個のスイッチSW〜SWN-1は、制御部30Cから出力される第1制御信号に基づいて設定される。第1DA変換部11は、第1入力アナログデータAin1をN個の容量素子C〜CN-1によりホールドした後、N個のスイッチSW〜SWN-1それぞれの設定に応じた第1データCTOP1を比較部20へ出力する。 The N switches SW 0 to SW N−1 of the first DA converter 11 are set based on the first control signal output from the controller 30C. The first DA converter 11 holds the first input analog data Ain1 by the N capacitive elements C 0 to C N-1 and then sets the first input corresponding to the setting of each of the N switches SW 0 to SW N-1 . The data CTOP1 is output to the comparison unit 20.

第2DA変換部12のN個のスイッチSW〜SWN-1は、制御部30Cから出力される第2制御信号に基づいて設定される。第2DA変換部12は、第2入力アナログデータAin2をN個の容量素子C〜CN-1によりホールドした後、N個のスイッチSW〜SWN-1それぞれの設定に応じた第2データCTOP2を比較部20へ出力する。 The N switches SW 0 to SW N−1 of the second DA converter 12 are set based on the second control signal output from the controller 30C. The second DA converter 12 holds the second input analog data Ain2 by the N capacitive elements C 0 to C N−1 , and then the second DA corresponding to the setting of each of the N switches SW 0 to SW N−1 . The data CTOP2 is output to the comparison unit 20.

なお、Nは2以上の整数であり、nは0以上(N−1)以下の整数である。また、第1DA変換部11および第2DA変換部12それぞれにおいて、N個の容量素子C〜CN-1のうち何れかの容量素子の第1端は一定電位とされる場合があり、その場合には、その容量素子に対応するスイッチは不要である。 N is an integer of 2 or more, and n is an integer of 0 or more and (N-1) or less. Further, in each of the first DA converter 11 and the second DA converter 12, the first end of any one of the N capacitors C 0 to C N-1 may be set to a constant potential, In some cases, a switch corresponding to the capacitive element is not necessary.

比較部20は、2つの入力端それぞれに入力されるデータを大小比較して、その比較結果を表す比較信号を制御部30Cへ出力する。第3構成例では、比較部20は、第1DA変換部11から出力された第1データCTOP1を一方の入力端に入力し、第2DA変換部12から出力された第2データCTOP2を他方の入力端に入力する。スイッチ41は、比較部20の一方の入力端と基準レベルVCM供給線との間に設けられている。スイッチ42は、比較部20の他方の入力端と基準レベルVCM供給線との間に設けられている。基準レベルVCMは、例えば、第1基準電位VREFHと第2基準電位VREFLとの平均値である。または、基準レベルVCMは、比較部20が最も高性能(例えば、高感度、高SN比)に動作することができる値に設定される場合もある。   The comparison unit 20 compares the data input to each of the two input terminals, and outputs a comparison signal representing the comparison result to the control unit 30C. In the third configuration example, the comparison unit 20 inputs the first data CTOP1 output from the first DA conversion unit 11 to one input terminal and the second data CTOP2 output from the second DA conversion unit 12 to the other input. Enter at the end. The switch 41 is provided between one input terminal of the comparison unit 20 and the reference level VCM supply line. The switch 42 is provided between the other input terminal of the comparison unit 20 and the reference level VCM supply line. The reference level VCM is, for example, an average value of the first reference potential VREFH and the second reference potential VREFL. Alternatively, the reference level VCM may be set to a value at which the comparison unit 20 can operate with the highest performance (for example, high sensitivity and high SN ratio).

制御部30Cは、比較部20から出力された比較信号に基づいて、逐次比較のステップ毎に、第1データCTOP1と第2データCTOP2との差が小さくなるように第1制御信号および第2制御信号を生成して、第1制御信号を第1DA変換部11へ出力し、第2制御信号を第2DA変換部12へ出力する。   Based on the comparison signal output from the comparison unit 20, the control unit 30C performs the first control signal and the second control so that the difference between the first data CTOP1 and the second data CTOP2 is reduced at each successive comparison step. A signal is generated, the first control signal is output to the first DA converter 11, and the second control signal is output to the second DA converter 12.

電荷注入部50は、逐次比較の何れかステップにおいて、VREFH供給線またはVREFL供給線に対し、逐次比較のステップ毎の比較部20による比較結果の履歴に依らず一定量の電荷を注入して、第1DA変換部11および第2DA変換部12のスイッチSW〜SWN-1の設定変更に伴う基準電位供給線の電位変動を抑制する。この電荷注入部50については前述したとおりである。 The charge injection unit 50 injects a certain amount of charge into the VREFH supply line or the VREFL supply line at any step of the successive comparison regardless of the comparison result history by the comparison unit 20 at each successive comparison step. The potential fluctuation of the reference potential supply line accompanying the change in setting of the switches SW 0 to SW N−1 of the first DA converter 11 and the second DA converter 12 is suppressed. The charge injection unit 50 is as described above.

このAD変換器1Cでは、初期化ステップにおいて、スイッチ41,42の双方がオン状態となってCTOP1,CTOP2の双方がVCMに初期化されるとともに、第1DA変換部11において各スイッチSWの設定によって各容量素子Cに第1入力アナログデータAin1がホールドされ、第2DA変換部12において各スイッチSWの設定によって各容量素子Cに第2入力アナログデータAin2がホールドされる。AD変換器1Cは、この初期化ステップの後の逐次比較の各ステップでは、例えば次のような動作をする。 In the AD converter 1C, in the initialization step, with both both turned on CTOP1, CTOP2 the switches 41 and 42 are initialized to VCM, setting of the switches SW n In a 1DA converter 11 the first input analog data Ain1 each capacitive element C n is held, the second input analog data Ain2 is held in the capacitors C n by the setting of the switches SW n in a 2DA converter 12 by. The AD converter 1C operates as follows, for example, in each successive comparison step after the initialization step.

図12は、AD変換器1Cの動作例を説明する表である。図12(a)は、AD変換器1Cの第1DA変換部11の動作を示す。図12(b)は、AD変換器1Cの第2DA変換部12の動作を示す。この動作例では、N=8とし、8個の容量素子C〜Cそれぞれの容量値をCとする。また、この動作例では、Ccode[c2,c1,c0]をデコードして得られるサーモメータコードに基づいて各容量素子の接続が決められる。制御部30Cから第2DA変換部12に与えられるCcode2は、制御部30Cから第1DA変換部11に与えられるCcode1の各ビットの極性を反転したものである。 FIG. 12 is a table for explaining an operation example of the AD converter 1C. FIG. 12A shows the operation of the first DA converter 11 of the AD converter 1C. FIG. 12B shows the operation of the second DA converter 12 of the AD converter 1C. In this operation example, N = 8, and the capacitance values of the eight capacitive elements C 0 to C 7 are C. In this operation example, the connection of each capacitive element is determined based on a thermometer code obtained by decoding Ccode [c2, c1, c0]. Ccode2 given from the control unit 30C to the second DA conversion unit 12 is obtained by inverting the polarity of each bit of Ccode1 given from the control unit 30C to the first DA conversion unit 11.

この動作例では、逐次比較の各ステップにおいて、8個の容量素子C〜Cの何れも、第1基準電位VREFHまたは第2基準電位VREFLに接続される。第1DA変換部11の動作は、前述の図4で説明したAD変換器1Aの動作例と同様である。第2DA変換部12から出力される第2データCTOP2は、第1DA変換部11から出力される第2データCTOP1に対し2の補数となる。 In this operation example, in each step of the successive approximation, any of the eight capacitive elements C 0 to C 7 is connected to the first reference potential VREFH or the second reference potential VREFL. The operation of the first DA converter 11 is the same as the operation example of the AD converter 1A described with reference to FIG. The second data CTOP2 output from the second DA converter 12 is a two's complement with respect to the second data CTOP1 output from the first DA converter 11.

図13は、AD変換器1Cの動作例を説明するタイミングチャートである。この動作例では、出力すべきデジタルデータを5ビットデータとし、逐次比較のステップ1〜5のうちステップ3とステップ4との間に冗長ステップが挿入されている。逐次比較の各ステップにおいて、電荷注入部50によりVREFH供給線およびVREFL供給線それぞれに対して所定量の電荷が注入される。   FIG. 13 is a timing chart for explaining an operation example of the AD converter 1C. In this operation example, digital data to be output is 5-bit data, and redundant steps are inserted between steps 3 and 4 in steps 1 to 5 of the successive comparison. In each successive comparison step, a predetermined amount of charge is injected into the VREFH supply line and the VREFL supply line by the charge injection unit 50.

NSW1は、ステップ1において電荷注入部50により電荷を注入する為に制御部30Cから与えられる信号である。ACTがハイレベルに転じると、NSW1もハイレベルに転じる。ステップ1の期間、NSW1はハイレベルである。NSW2は、ステップ2において電荷注入部50により電荷を注入する為に制御部30Cから与えられる信号である。ステップ2の期間、NSW2はハイレベルである。ただし、NSW1,NSW2のタイミングの正確性は要求されない。何故なら、第1基準電位VREFHおよび第2基準電位VREFLを生成するバッファの応答が遅いからである。   NSW1 is a signal given from the control unit 30C to inject charges by the charge injection unit 50 in step 1. When ACT goes high, NSW1 also goes high. During the period of step 1, NSW1 is at a high level. NSW2 is a signal given from the control unit 30C to inject charges by the charge injection unit 50 in step 2. During step 2, NSW2 is at a high level. However, the accuracy of the timing of NSW1 and NSW2 is not required. This is because the response of the buffer that generates the first reference potential VREFH and the second reference potential VREFL is slow.

この図には、実施例(電荷注入部50を動作させる場合)および比較例(電荷注入部50を動作させない場合)それぞれについて、第1基準電位VREFHと第2基準電位VREFLとの差(VREFH−VREFL)の時間変化が模式的に示されている。実際には逐次比較のステップ毎の比較部20による比較結果の履歴等によって基準電位差の時間波形は異なるが、概ね、この図に示されるような基準電位差の時間波形となる。また、各ステップにおいて、比較部20による比較のタイミングが矢印で示され、また、電荷注入部50による電荷注入のタイミングも矢印で示されている。   This figure shows the difference (VREFH−) between the first reference potential VREFH and the second reference potential VREFL for each of the example (when the charge injection unit 50 is operated) and the comparative example (when the charge injection unit 50 is not operated). The time change of VREFL) is schematically shown. Actually, the time waveform of the reference potential difference differs depending on the comparison result history or the like by the comparison unit 20 for each successive comparison step, but the time waveform of the reference potential difference as shown in FIG. In each step, the comparison timing by the comparison unit 20 is indicated by an arrow, and the charge injection timing by the charge injection unit 50 is also indicated by an arrow.

各ステップにおける比較部20による比較のタイミング(例えば、各ステップの期間の中央付近)までに基準電位の変動は整定していることが要求される。しかし、電荷注入部を用いない比較例では、AD変換器の高速化・高精度化が進むに従って、比較タイミングまでに基準電位の変動を整定させることは、より困難となってきている。電荷注入部50は、このような問題に対処するために設けられる。   It is required that the fluctuation of the reference potential is settled by the timing of comparison by the comparison unit 20 in each step (for example, near the center of the period of each step). However, in the comparative example that does not use the charge injection unit, it is becoming more difficult to set the fluctuation of the reference potential by the comparison timing as the AD converter increases in speed and accuracy. The charge injection unit 50 is provided to cope with such a problem.

この図に示される実施例では、電荷注入部50による電荷注入を過補償気味とし、各ステップにおける比較部20による比較のタイミングにおいて基準電位の変動幅をできるかぎり小さくして、後段のステップにおける基準電位の変動幅を小さくしている。   In the embodiment shown in this figure, the charge injection by the charge injection unit 50 is overcompensated, the fluctuation range of the reference potential is made as small as possible at the comparison timing by the comparison unit 20 in each step, and the reference in the subsequent step is performed. The fluctuation range of the potential is reduced.

この図に示される実施例では、ステップ1の期間においてのみNSW1をハイレベルとして、ステップ1終了時にNSW1をローレベルに転じさせている。同様に、ステップ2の期間においてのみNSW2をハイレベルとして、ステップ2終了時にNSW2をローレベルに転じさせている。このようにすることで、電荷注入部50の電荷蓄積用の容量部は、基準電位供給線から早期に切り離されて、電荷蓄積に使える時間を長くとることができる。これにより、電荷注入部50の電荷蓄積用の容量部へ流れる電流を小さくすることができ、電源ノイズの低減に寄与することができる。もし、1つのステップで電荷注入を終わらせることが難しい場合は、NSWのパルス幅を長くしてよい。その場合、NSW1とNSW2との間にオーバーラップ期間が生じても問題ない。   In the embodiment shown in this figure, NSW1 is set to the high level only during the period of step 1, and NSW1 is changed to the low level at the end of step 1. Similarly, NSW2 is set to the high level only during the period of step 2, and NSW2 is changed to the low level at the end of step 2. By doing so, the charge storage capacitor part of the charge injection part 50 is disconnected from the reference potential supply line at an early stage, and the time available for charge storage can be increased. As a result, the current flowing to the charge storage capacitor portion of the charge injection portion 50 can be reduced, which can contribute to the reduction of power supply noise. If it is difficult to finish the charge injection in one step, the NSW pulse width may be increased. In that case, there is no problem even if an overlap period occurs between NSW1 and NSW2.

また、この図に示される例では、逐次比較のステップ1〜5のうちステップ3とステップ4との間に冗長ステップが挿入されている。この冗長ステップまでに基準電位の変動は十分に整定していることが好ましい。このようにするには、電荷注入量だけでなく他の制約条件を含めて、AD変換器の全体を適切に設計することが重要である。   In the example shown in this figure, a redundant step is inserted between steps 3 and 4 in steps 1 to 5 of the successive comparison. It is preferable that the fluctuation of the reference potential is sufficiently settled by this redundant step. In order to do this, it is important to appropriately design the entire AD converter including not only the amount of charge injection but also other constraints.

図14は、AD変換器1Cの動作のシミュレーション結果を示す図である。このシミュレーションでは、出力すべきデジタルデータを12ビットデータとし、逐次比較のステップ1〜12に2つの冗長ステップを加え、また、入力アナログデータのサンプリング・ホールドに2ステップ分の時間を要するとして、1つの入力アナログデータに対するAD変換処理を合計16ステップ分の期間で行う。DA変換部の各容量素子の接続は、12ビットのCcodeをデコードして得られるサーモメータコードおよび冗長制御信号に基づいて設定される。DA変換部の各容量素子の第2端が比較部の入力端に接続されて、DA変換部の各容量素子の第1端に入力アナログデータAinが入力されるボトムプレートサンプリングの構成である。   FIG. 14 is a diagram illustrating a simulation result of the operation of the AD converter 1C. In this simulation, it is assumed that digital data to be output is 12-bit data, two redundant steps are added to steps 1 to 12 of the successive approximation, and two steps are required for sampling and holding the input analog data. AD conversion processing for one input analog data is performed in a period of a total of 16 steps. Connection of each capacitive element of the DA converter is set based on a thermometer code obtained by decoding 12-bit Ccode and a redundant control signal. In this configuration, the second end of each capacitive element of the DA conversion unit is connected to the input end of the comparison unit, and the input analog data Ain is input to the first end of each capacitive element of the DA conversion unit.

逐次比較のステップ1,2,3,5,7,8それぞれにおいて、電荷注入部50によりVREFH供給線およびVREFL供給線それぞれに対して所定量の電荷が注入される。電荷注入量は、揺れ幅ができるだけセンター付近に留まるように調整される。冗長補正能力は上下対称に作られているので、各ステップの変動範囲のセンターが全て揃っていることが望ましいからである。   In each of the successive comparison steps 1, 2, 3, 5, 7, and 8, a predetermined amount of charge is injected into the VREFH supply line and the VREFL supply line by the charge injection unit 50, respectively. The charge injection amount is adjusted so that the fluctuation width remains as close to the center as possible. This is because it is desirable that all the centers of the variation range of each step are aligned since the redundancy correction capability is made symmetrical in the vertical direction.

この図には、実施例(電荷注入部50を動作させる場合)および比較例(電荷注入部50を動作させない場合)それぞれについて、様々な値の入力アナログデータについてAD変換処理を行ったときの第1基準電位VREFHと第2基準電位VREFLとの差(VREFH−VREFL)の時間変化が重ねて示されている。各ステップにおける比較部20による比較のタイミング(各ステップの期間の中央付近)における基準電位の変動幅は、比較例に比べて実施例では小さくなっている。電荷注入により得られる効果は、逐次比較の最初のステップ1およびステップ2で顕著である。   This figure shows the results when AD conversion processing is performed on input analog data of various values for each of the example (when the charge injection unit 50 is operated) and the comparative example (when the charge injection unit 50 is not operated). The time change of the difference (VREFH−VREFL) between the first reference potential VREFH and the second reference potential VREFL is shown in an overlapping manner. The fluctuation range of the reference potential at the timing of comparison by the comparison unit 20 in each step (near the center of the period of each step) is smaller in the embodiment than in the comparative example. The effect obtained by charge injection is significant in the first step 1 and step 2 of the successive approximation.

(変形例)
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。本発明の考え方は逐次比較型AD変換器全般に適用できる。例えば、逐次比較のステップの途中または最後に冗長ステップを挿入してもよい。
(Modification)
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. The concept of the present invention can be applied to all successive approximation AD converters. For example, a redundant step may be inserted during or at the end of the successive approximation step.

上述した第2および第3の構成例のAD変換器は、DA変換部の各容量素子の第2端が比較部の入力端に接続されて、DA変換部の各容量素子の第1端に入力アナログデータAinが入力されるボトムプレートサンプリングの構成であった。AD変換器は、比較部の入力端に接続されるDA変換部の各容量素子の第2端に入力アナログデータが入力されるトッププレートサンプリングの構成であってもよい。   In the AD converters of the second and third configuration examples described above, the second end of each capacitive element of the DA conversion unit is connected to the input end of the comparison unit, and is connected to the first end of each capacitive element of the DA conversion unit. It was a configuration of bottom plate sampling in which input analog data Ain was input. The AD converter may have a configuration of top plate sampling in which input analog data is input to the second end of each capacitive element of the DA conversion unit connected to the input end of the comparison unit.

1A〜1C…AD変換器、10A,10B…DA変換部、11…第1DA変換部、12…第2DA変換部、20…比較部、30A〜30C…制御部、40〜42…スイッチ、50〜53…電荷注入部、101,102…容量部、111,112,121,122…スイッチ、201,202…容量部、211,212…PMOSトランジスタ、221,222…NMOSトランジスタ、231…NMOSトランジスタ、232…PMOSトランジスタ、241,242…抵抗器、251,252…電流制限回路、261,262…インバータ回路、301,302…容量部、311…PMOSトランジスタ、312…NMOSトランジスタ、321…PMOSトランジスタ、322…NMOSトランジスタ、331〜335,341,342,351,352…インバータ回路、361,362…NANDゲート回路、363…インバータ回路、C〜CN-1…容量素子、SW〜SWN-1…スイッチ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1A-1C ... AD converter, 10A, 10B ... DA converter, 11 ... 1st DA converter, 12 ... 2nd DA converter, 20 ... Comparison part, 30A-30C ... Control part, 40-42 ... Switch, 50- 53 ... Charge injection unit, 101, 102 ... Capacitor unit, 111, 112, 121, 122 ... Switch, 201, 202 ... Capacitor unit, 211, 212 ... PMOS transistor, 221, 222 ... NMOS transistor, 231 ... NMOS transistor, 232 ... PMOS transistors, 241,242 ... resistors, 251,252 ... current limiting circuits, 261,262 ... inverter circuits, 301,302 ... capacitors, 311 ... PMOS transistors, 312 ... NMOS transistors, 321 ... PMOS transistors, 322 ... NMOS transistor, 331-335, 341, 342 351,352 ... inverter circuit, 361 and 362 ... NAND gate circuit, 363 ... inverter circuit, C 0 ~C N-1 ... capacitive element, SW 0 ~SW N-1 ... switch.

Claims (10)

入力アナログデータに応じたデジタルデータを出力する逐次比較型のAD変換器であって、
複数の容量素子と、制御信号に基づいて設定される複数のスイッチとを含み、前記複数のスイッチのうちの全て又は一部のスイッチの設定により、
前記複数の容量素子のうちの該スイッチに対応する容量素子の第1端を第1基準電位または第2基準電位として、前記複数のスイッチそれぞれの設定に応じたデータを、前記複数の容量素子それぞれの第2端が共通に接続されてなる出力端から出力するDA変換部と、
前記DA変換部から出力されるデータと前記入力アナログデータとを大小比較して、その比較結果を表す比較信号を出力する比較部と、
前記比較信号に基づいて、逐次比較のステップ毎に、前記DA変換部から出力されるデータと前記入力アナログデータとの差が小さくなるように前記制御信号を生成して出力する制御部と、
逐次比較の何れかステップにおいて、前記第1基準電位または前記第2基準電位を前記DA変換部へ与える基準電位供給線に対し、逐次比較のステップ毎の前記比較結果の履歴に依らず一定量の電荷を注入して、前記DA変換部の前記複数のスイッチの設定変更に伴う前記基準電位供給線の電位変動を抑制する電荷注入部と、
を備えるAD変換器。
A successive approximation AD converter that outputs digital data corresponding to input analog data,
Including a plurality of capacitive elements and a plurality of switches set based on a control signal, by setting all or a part of the plurality of switches,
The first end of the capacitive element corresponding to the switch among the plurality of capacitive elements is used as the first reference potential or the second reference potential, and data corresponding to the setting of each of the plurality of switches is used for A DA converter that outputs from an output end that is commonly connected to the second end of
A comparison unit that compares the data output from the DA conversion unit with the input analog data and outputs a comparison signal representing the comparison result;
Based on the comparison signal, a control unit that generates and outputs the control signal so that the difference between the data output from the DA conversion unit and the input analog data is reduced at each successive comparison step;
In any step of the successive approximation, a constant amount is applied to the reference potential supply line that supplies the first reference potential or the second reference potential to the DA converter, regardless of the history of the comparison results for each successive comparison step. A charge injection unit that injects electric charge and suppresses potential fluctuations of the reference potential supply line due to setting changes of the plurality of switches of the DA conversion unit;
An AD converter comprising:
入力アナログデータに応じたデジタルデータを出力する逐次比較型のAD変換器であって、
複数の容量素子と、制御信号に基づいて設定される複数のスイッチとを含み、前記入力アナログデータを前記複数の容量素子によりホールドした後、前記複数のスイッチのうちの全て又は一部のスイッチの設定により、前記複数の容量素子のうちの該スイッチに対応する容量素子の第1端を第1基準電位または第2基準電位として、前記複数のスイッチそれぞれの設定に応じたデータを、前記複数の容量素子それぞれの第2端が共通に接続されてなる出力端から出力するDA変換部と、
前記DA変換部から出力されるデータと基準レベルとを大小比較して、その比較結果を表す比較信号を出力する比較部と、
前記比較信号に基づいて、逐次比較のステップ毎に、前記DA変換部から出力されるデータと前記基準レベルとの差が小さくなるように前記制御信号を生成して出力する制御部と、
逐次比較の何れかステップにおいて、前記第1基準電位または前記第2基準電位を前記DA変換部へ与える基準電位供給線に対し、逐次比較のステップ毎の前記比較結果の履歴に依らず一定量の電荷を注入して、前記DA変換部の前記複数のスイッチの設定変更に伴う前記基準電位供給線の電位変動を抑制する電荷注入部と、
を備えるAD変換器。
A successive approximation AD converter that outputs digital data corresponding to input analog data,
Including a plurality of capacitive elements and a plurality of switches set based on a control signal, and after holding the input analog data by the plurality of capacitive elements, all or some of the plurality of switches By setting the first end of the capacitive element corresponding to the switch among the plurality of capacitive elements as a first reference potential or a second reference potential, data corresponding to the setting of each of the plurality of switches is obtained. A DA converter that outputs from an output end in which the second ends of the capacitive elements are connected in common;
A comparison unit that compares the data output from the DA conversion unit with a reference level and outputs a comparison signal representing the comparison result;
Based on the comparison signal, a control unit that generates and outputs the control signal so that a difference between the data output from the DA conversion unit and the reference level is reduced at each successive comparison step;
In any step of the successive approximation, a constant amount is applied to the reference potential supply line that supplies the first reference potential or the second reference potential to the DA converter, regardless of the history of the comparison results for each successive comparison step. A charge injection unit that injects electric charge and suppresses potential fluctuations of the reference potential supply line due to setting changes of the plurality of switches of the DA conversion unit;
An AD converter comprising:
第1入力アナログデータと第2入力アナログデータとの差に応じたデジタルデータを出力する逐次比較型のAD変換器であって、
複数の容量素子と、第1制御信号に基づいて設定される複数のスイッチとを含み、前記第1入力アナログデータを前記複数の容量素子によりホールドした後、前記複数のスイッチのうちの全て又は一部のスイッチの設定により、前記複数の容量素子のうちの該スイッチに対応する容量素子の第1端を第1基準電位または第2基準電位として、前記複数のスイッチそれぞれの設定に応じた第1データを、前記複数の容量素子それぞれの第2端が共通に接続されてなる出力端から出力する第1DA変換部と、
複数の容量素子と、第2制御信号に基づいて設定される複数のスイッチとを含み、前記第2入力アナログデータを前記複数の容量素子によりホールドした後、前記複数のスイッチのうちの全て又は一部のスイッチの設定により、前記複数の容量素子のうちの該スイッチに対応する容量素子の第1端を第1基準電位または第2基準電位として、前記複数のスイッチそれぞれの設定に応じた第2データを、前記複数の容量素子それぞれの第2端が共通に接続されてなる出力端から出力する第2DA変換部と、
前記第1データと前記第2データとを大小比較して、その比較結果を表す比較信号を出力する比較部と、
前記比較信号に基づいて、逐次比較のステップ毎に、前記第1データと前記第2データとの差が小さくなるように前記第1制御信号および前記第2制御信号を生成して出力する制御部と、
逐次比較の何れかステップにおいて、前記第1基準電位または前記第2基準電位を前記DA変換部へ与える基準電位供給線に対し、逐次比較のステップ毎の前記比較結果の履歴に依らず一定量の電荷を注入して、前記DA変換部の前記複数のスイッチの設定変更に伴う前記基準電位供給線の電位変動を抑制する電荷注入部と、
を備えるAD変換器。
A successive approximation AD converter that outputs digital data corresponding to a difference between first input analog data and second input analog data,
A plurality of capacitive elements and a plurality of switches set based on a first control signal, and after holding the first input analog data by the plurality of capacitive elements, all or one of the plurality of switches. A first terminal corresponding to the setting of each of the plurality of switches, with the first end of the capacitive element corresponding to the switch among the plurality of capacitive elements being a first reference potential or a second reference potential. A first DA converter that outputs data from an output end formed by connecting a second end of each of the plurality of capacitive elements in common;
A plurality of capacitive elements and a plurality of switches set based on a second control signal, and after holding the second input analog data by the plurality of capacitive elements, all or one of the plurality of switches. A second end corresponding to the setting of each of the plurality of switches, with the first end of the capacitor corresponding to the switch among the plurality of capacitors set as the first reference potential or the second reference potential. A second DA converter that outputs data from an output end formed by connecting a second end of each of the plurality of capacitive elements in common;
A comparison unit that compares the first data with the second data and outputs a comparison signal representing the comparison result;
A control unit that generates and outputs the first control signal and the second control signal based on the comparison signal so that the difference between the first data and the second data is reduced at each successive comparison step. When,
In any step of the successive approximation, a constant amount is applied to the reference potential supply line that supplies the first reference potential or the second reference potential to the DA converter, regardless of the history of the comparison results for each successive comparison step. A charge injection unit that injects electric charge and suppresses potential fluctuations of the reference potential supply line due to setting changes of the plurality of switches of the DA conversion unit;
An AD converter comprising:
前記電荷注入部は、逐次比較の少なくとも最初のステップにおいて、前記基準電位供給線に対し電荷を注入する、
請求項1〜3の何れか1項に記載のAD変換器。
The charge injection unit injects charges into the reference potential supply line in at least the first step of successive comparison;
The AD converter of any one of Claims 1-3.
前記電荷注入部は、逐次比較のステップが進むに従って、前記基準電位供給線に対し注入する電荷の量を適正化する、
請求項1〜4の何れか1項に記載のAD変換器。
The charge injection unit optimizes the amount of charge injected into the reference potential supply line as the successive comparison step proceeds.
The AD converter of any one of Claims 1-4.
前記電荷注入部は、前記第1基準電位を前記DA変換部へ与える基準電位供給線に対し一定量の電荷を注入するとともに、前記第2基準電位を前記DA変換部へ与える基準電位供給線に対し一定量の電荷を注入する、
請求項1〜5の何れか1項に記載のAD変換器。
The charge injection unit injects a fixed amount of charge into a reference potential supply line that supplies the first reference potential to the DA conversion unit, and also applies to the reference potential supply line that supplies the second reference potential to the DA conversion unit. Inject a certain amount of electric charge,
The AD converter of any one of Claims 1-5.
前記電荷注入部は、
第1端および第2端を有する容量部と、前記容量部の第1端を第1電源電位供給線または前記基準電位供給線に接続する第1スイッチと、前記容量部の第2端を第2電源電位供給線または前記第1電源電位供給線に接続する第2スイッチと、を含み、
前記第1スイッチにより前記容量部の第1端を前記第1電源電位供給線に接続し、前記第2スイッチにより前記容量部の第2端を前記第2電源電位供給線に接続することにより、前記容量部に電荷を蓄積し、
前記第1スイッチにより前記容量部の第1端を前記基準電位供給線に接続し、前記第2スイッチにより前記容量部の第2端を前記第1電源電位供給線に接続することにより、前記容量部に蓄積されていた電荷を前記基準電位供給線に対し注入する、
請求項1〜6の何れか1項に記載のAD変換器。
The charge injection part is
A capacitor having a first end and a second end; a first switch connecting the first end of the capacitor to the first power supply potential supply line or the reference potential supply line; and a second end of the capacitor Two power supply potential supply lines or a second switch connected to the first power supply potential supply line,
The first switch connects the first end of the capacitor to the first power supply potential supply line, and the second switch connects the second end of the capacitor to the second power supply potential supply line. Accumulate charges in the capacitor part,
The first switch connects the first end of the capacitor to the reference potential supply line, and the second switch connects the second end of the capacitor to the first power supply potential supply line. Injecting the charge accumulated in the part into the reference potential supply line,
The AD converter of any one of Claims 1-6.
前記電荷注入部は、
第1端および第2端を有し、第1端が前記基準電位供給線に接続され、第2端のレベルに応じて電荷蓄積または前記基準電位供給線への電荷注入を行う容量部と、
前記容量部の第2端に接続された出力端を有し、前記容量部における電荷蓄積および電荷注入を制御する信号が入力されるインバータ回路と、
前記容量部において電荷注入の後に電荷蓄積を開始した際に前記インバータ回路の出力端と前記容量部の第2端との間に流れる電流の大きさを制限する電流制限回路と、
を含む、
請求項1〜6の何れか1項に記載のAD変換器。
The charge injection part is
A capacitor having a first end and a second end, the first end being connected to the reference potential supply line, and performing charge accumulation or charge injection into the reference potential supply line according to the level of the second end;
An inverter circuit having an output terminal connected to the second end of the capacitor unit, to which a signal for controlling charge accumulation and charge injection in the capacitor unit is input;
A current limiting circuit for limiting a magnitude of a current flowing between an output terminal of the inverter circuit and a second terminal of the capacitor unit when charge accumulation is started after charge injection in the capacitor unit;
including,
The AD converter of any one of Claims 1-6.
前記電荷注入部は、
第1端および第2端を有する容量部と、前記容量部の第1端と前記基準電位供給線との間に設けられた第1スイッチと、前記容量部の第1端と電源電位供給線との間に設けられた第2スイッチと、を含み、
前記第1スイッチをオフ状態とし前記第2スイッチをオン状態とすることにより、前記容量部に電荷を蓄積し、
前記第1スイッチをオン状態とし前記第2スイッチをオフ状態とすることにより、前記容量部に蓄積されていた電荷を前記基準電位供給線に対し注入する、
請求項1〜6の何れか1項に記載のAD変換器。
The charge injection part is
A capacitor having a first end and a second end, a first switch provided between the first end of the capacitor and the reference potential supply line, a first end of the capacitor and a power supply potential supply line A second switch provided between and
By storing the first switch in an off state and the second switch in an on state, electric charge is accumulated in the capacitor unit,
The first switch is turned on and the second switch is turned off to inject the charge accumulated in the capacitor portion into the reference potential supply line.
The AD converter of any one of Claims 1-6.
前記容量部の容量値は可変である、
請求項7〜9の何れか1項に記載のAD変換器。
The capacity value of the capacity section is variable.
The AD converter of any one of Claims 7-9.
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