JP2020188454A - Successive approximation ad converter and pipeline ad converter - Google Patents

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Abstract

To provide a successive approximation AD converter and a pipeline AD converter that are not delayed by sample hold.SOLUTION: A successive approximation AD converter 1 includes: reception circuits 107 and 117 that output an analog input signal AinO corresponding to a received analog input signal Ain; subtractors 108a and 118a that calculate a differential signal between the analog input signal AinO at each of n sequential conversions and a comparison signal obtained by AD-converting control values DA0 and DA1 with DA converters 109 and 119; comparators 104 and 114 that determine a high-low relation of voltage of the differential signal with respect to reference voltage VC; a control circuit 101 that updates the control values DA0 and DA1 so that the comparison signal approaches the analog input signal AinO based on comparison results; and an output register 102 that outputs a digital output signal Vout based on the comparison results of the comparators 104 and 114.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、逐次比較型AD変換器(ADコンバータ)及びパイプライン型AD変換器に関する。 The present invention relates to a successive approximation type AD converter (AD converter) and a pipeline type AD converter.

従来、ヘッドフォンのアクティブノイズキャンセル(ANC)システムでは、まず、外部からのノイズをAD変換する。次に、AD変換したノイズのうち耳に到達するノイズ成分を打ち消す音をDSP(Digital Signal Processor)で計算する。そして、この計算結果をDA変換してヘッドフォンから出力することで、耳に到達するノイズを打ち消す。この際、AD変換に時間がかかると、ノイズを打ち消す信号が、外部から来るノイズに間に合わず、完全にノイズを打ち消すことができなくなる。そこで、このようなシステムでは変換遅延の少ないAD変換器が望まれる。遅延の少ないAD変換器として、例えば、特許文献1及び2に記載のパイプライン型A/D変換器が知られている。また、AD変換器として、特許文献3に記載の逐次比較型A/D変換器が知られている。 Conventionally, in the active noise canceling (ANC) system of headphones, first, external noise is AD-converted. Next, the sound that cancels the noise component that reaches the ear among the AD-converted noise is calculated by the DSP (Digital Signal Processor). Then, by DA-converting this calculation result and outputting it from the headphones, the noise reaching the ears is canceled. At this time, if the AD conversion takes a long time, the signal for canceling the noise cannot catch up with the noise coming from the outside, and the noise cannot be completely canceled. Therefore, in such a system, an AD converter with a small conversion delay is desired. As an AD converter with less delay, for example, the pipeline type A / D converter described in Patent Documents 1 and 2 is known. Further, as an AD converter, a sequential comparison type A / D converter described in Patent Document 3 is known.

特開2003−163597号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-163597 米国特許第8643529号明細書U.S. Pat. No. 8643529 特開2011−114577号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-114577

本発明は、サンプルホールドによる遅延がない逐次比較型A/D変換器及びパイプライン型A/D変換器を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a sequential comparison type A / D converter and a pipeline type A / D converter without delay due to sample hold.

上記目的を達成するために、本発明の一実施形態に係る逐次比較型A/D変換器は、第1アナログ入力信号を受信し、前記第1アナログ入力信号に応じた第2アナログ入力信号を連続的に出力する受信回路と、n回(nは2以上の自然数、以下同じ)の逐次変換の各回における前記第2アナログ入力信号と、アナログ基準信号との差分信号を算出する差分信号算出回路と、前記差分信号の電圧が参照電圧よりも高いか否かを判定する判定回路と、前記判定回路の判定結果に基づいて、前記アナログ基準信号が前記第2アナログ入力信号に近づくように基準値を更新する基準値演算回路と、前記基準値を前記アナログ基準信号に変換するDA変換器と、前記判定回路の判定結果に基づき、デジタル出力信号を出力する出力回路と、を備える。 In order to achieve the above object, the sequential comparison type A / D converter according to the embodiment of the present invention receives the first analog input signal and outputs the second analog input signal corresponding to the first analog input signal. A receiving circuit that outputs continuously, and a difference signal calculation circuit that calculates the difference signal between the second analog input signal and the analog reference signal at each of n times (n is a natural number of 2 or more, the same applies hereinafter). Based on the determination circuit for determining whether or not the voltage of the difference signal is higher than the reference voltage and the determination result of the determination circuit, the reference value so that the analog reference signal approaches the second analog input signal. A reference value calculation circuit for updating the above, a DA converter for converting the reference value into the analog reference signal, and an output circuit for outputting a digital output signal based on the determination result of the determination circuit are provided.

また、上記目的を達成するために、本発明の一実施形態に係るパイプライン型AD変換器は、縦続接続された複数のステージと最終ステージとを有するパイプライン型AD変換器であって、前記複数のステージの各々は、アナログ入力信号をデジタル出力信号に変換する第1の逐次比較型副AD変換器と、前記第1の逐次比較型副AD変換器が出力する前記デジタル出力信号をアナログ出力信号に変換するDA変換器と、前記アナログ入力信号と前記アナログ出力信号との差分の信号を増幅する増幅回路と、を有する。加えて、前記最終ステージは、前記複数のステージの最終段のステージが出力する差分の信号をデジタル出力信号に変換する第2の逐次比較型副AD変換器を有する。そして、前記第1及び第2の逐次比較型副AD変換器は、上記逐次比較型AD変換器から構成されている。 Further, in order to achieve the above object, the pipeline type AD converter according to the embodiment of the present invention is a pipeline type AD converter having a plurality of stages connected in cascade and a final stage. Each of the plurality of stages outputs an analog output of a first sequential comparison type sub-AD converter that converts an analog input signal into a digital output signal and the digital output signal output by the first sequential comparison type sub-AD converter. It has a DA converter that converts a signal, and an amplification circuit that amplifies a signal that is the difference between the analog input signal and the analog output signal. In addition, the final stage has a second successive approximation type sub-AD converter that converts the difference signal output by the final stage of the plurality of stages into a digital output signal. The first and second sequential comparison type sub-AD converters are composed of the sequential comparison type AD converter.

本発明であれば、判定部での判定タイミング時に受信回路にて受信した第1アナログ入力信号に応じた第2アナログ入力信号とアナログ基準信号との差分信号に対して逐次判定処理を行うことが可能である。これにより、サンプルホールドした固定のアナログ入力信号ではなく、リアルタイムに変化するアナログ入力信号に対してAD変換処理を行うことが可能となる。その結果、サンプルホールドした固定のアナログ入力信号をAD変換処理する構成と比較してサンプルホールドによる遅延を無くすことが可能となり、変換速度を向上することが可能となる。 According to the present invention, the difference signal between the second analog input signal and the analog reference signal corresponding to the first analog input signal received by the receiving circuit at the time of the determination timing in the determination unit can be sequentially determined. It is possible. This makes it possible to perform AD conversion processing on an analog input signal that changes in real time, instead of a fixed analog input signal that is sample-held. As a result, it is possible to eliminate the delay due to the sample hold as compared with the configuration in which the fixed analog input signal sample-held is subjected to AD conversion processing, and the conversion speed can be improved.

第1実施形態に係る逐次比較型AD変換器の基本構成を示す図であり、図1(a)は、シングルエンド構成の基本構成を示す図であり、図1(b)は、差動構成の基本構成を示す図である。It is a figure which shows the basic structure of the sequential comparison type AD converter which concerns on 1st Embodiment, FIG. 1 (a) is a figure which shows the basic structure of a single-ended structure, and FIG. 1 (b) is a figure which shows the differential structure. It is a figure which shows the basic structure of. 第1実施形態に係るシングルエンド構成の逐次比較型AD変換器の具体的な構成を示す図である。It is a figure which shows the specific structure of the sequential comparison type AD converter of the single-ended structure which concerns on 1st Embodiment. 「n=4」とした場合の制御値NEG、D1、D2、D3、DA0及び式(4)の第2項の値の対応関係を示す図である。It is a figure which shows the correspondence relationship of the control value NEG, D1, D2, D3, DA0 and the value of the 2nd term of the equation (4) when "n = 4" is set. 比較用スイッチドキャパシタ回路を機能毎のブロックで示したブロック図である。It is a block diagram which showed the switched capacitor circuit for comparison by the block for each function. 第1実施形態に係る逐次比較型AD変換器のアナログ入力信号Ainとデジタル出力信号Voutとの関係の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the relationship between the analog input signal Ain and the digital output signal Vout of the sequential comparison type AD converter which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る逐次比較型AD変換器の比較動作時の比較電圧と比較動作回数との関係の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the relationship between the comparison voltage at the time of the comparison operation of the sequential comparison type AD converter which concerns on 1st Embodiment, and the number of comparison operations. 第1実施形態に係る逐次比較型AD変換器のアナログ入力電圧が変化した場合の比較電圧とアナログ入力電圧との関係の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the relationship between the comparative voltage and the analog input voltage when the analog input voltage of the sequential comparison type AD converter which concerns on 1st Embodiment changes. 関連技術の逐次比較型AD変換器の比較動作時の比較電圧と比較動作回数との関係の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the relationship between the comparison voltage and the number of comparison operations at the time of the comparison operation of the sequential comparison type AD converter of the related technology. 関連技術の逐次比較型AD変換器のアナログ入力電圧が変化した場合の比較電圧とアナログ入力電圧との関係の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the relationship between the comparative voltage and the analog input voltage when the analog input voltage of the sequential comparison type AD converter of the related art changes. 第1実施形態に係る逐次比較型AD変換器の比較動作時のアナログ入力信号波形、比較電圧、クロック信号波形、比較結果及びデジタル出力コードの時間変化の一例を示す図であり、図10(a)は5ビットの出力が得られる構成を説明する図であり、図10(b)は6ビットの出力が得られる構成を説明する図である。FIG. 10 (a) is a diagram showing an example of an analog input signal waveform, a comparison voltage, a clock signal waveform, a comparison result, and a time change of a digital output code during a comparison operation of the sequential comparison type AD converter according to the first embodiment. ) Is a diagram for explaining a configuration in which a 5-bit output can be obtained, and FIG. 10 (b) is a diagram for explaining a configuration in which a 6-bit output can be obtained. 第2実施形態に係るシングルエンド構成の逐次比較型AD変換器の基本構成を示す図である。It is a figure which shows the basic structure of the sequential comparison type AD converter of the single-ended structure which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態に係るシングルエンド構成の逐次比較型AD変換器の具体的な構成を示す図である。It is a figure which shows the specific structure of the sequential comparison type AD converter of the single-ended structure which concerns on 2nd Embodiment. 第3実施形態の逐次比較型AD変換器の具体的な構成を示す図である。It is a figure which shows the specific structure of the sequential comparison type AD converter of the 3rd Embodiment. 第4実施形態に係るパイプライン型AD変換器の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the pipeline type AD converter which concerns on 4th Embodiment. 第4実施形態に係る単位ブロックの具体的な構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the specific structural example of the unit block which concerns on 4th Embodiment. 第4実施形態に係るパイプライン型AD変換器の初段とその次段の単位ブロックを構成する逐次比較型副AD変換器の比較動作時のタイミングチャートである。It is a timing chart at the time of the comparison operation of the sequential comparison type sub AD converter which constitutes the unit block of the first stage of the pipeline type AD converter which concerns on 4th Embodiment and the next stage. 関連技術のパイプライン型AD変換器の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the pipeline type AD converter of the related technology. 関連技術の逐次比較型AD変換器を用いたパイプライン型A/D変換器の動作例を示す図である。It is a figure which shows the operation example of the pipeline type A / D converter using the sequential comparison type AD converter of the related technology. 関連技術の逐次比較型AD変換器の基本構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the basic structure of the sequential comparison type AD converter of a related technique. 関連技術の逐次比較型AD変換器の具体的な構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the specific structure of the sequential comparison type AD converter of a related technique. 図20に示す逐次比較型AD変換器の各信号のタイミングチャートである。It is a timing chart of each signal of the sequential comparison type AD converter shown in FIG.

以下において、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の説明で参照する図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。
また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の構造、配置等を下記のものに特定するものではない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the description of the drawings referred to in the following description, the same or similar parts are designated by the same or similar reference numerals.
Further, the embodiments shown below exemplify devices and methods for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention describes the structure, arrangement, etc. of the components as follows. It is not specific to anything. The technical idea of the present invention may be modified in various ways within the technical scope specified by the claims stated in the claims.

本発明の各実施形態を説明するにあたって、まず、本発明の各実施形態の関連技術について図17から図21に基づき説明する。
関連技術としてのパイプライン型A/D変換器は、図17に示すように、単位ブロック10−1〜10−4と、A/Dコンバータ11と、エンコーダ12とを有し、各単位ブロックは、副A/Dコンバータ13(以下、「副A/D変換器」と称す)と、D/Aコンバータ14と、減算器15と、増幅器16とを備えている。副A/D変換器は、各単位ブロックに入力されるアナログ信号Vinをデジタル信号に変換する。一般的なパイプライン型A/D変換器の副A/D変換器には、閾値の異なる複数の比較器から構成されるフラッシュ型A/D変換器を用いる。これはフラッシュ型A/D変換器には逐次比較型A/D変換器のような変換遅延がなく高速な変換が可能であるからである。
In explaining each embodiment of the present invention, first, the related techniques of each embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 17 to 21.
As shown in FIG. 17, the pipeline type A / D converter as a related technology has unit blocks 10-1 to 10-4, an A / D converter 11, and an encoder 12, and each unit block has a unit block. , Sub-A / D converter 13 (hereinafter referred to as "sub-A / D converter"), D / A converter 14, subtractor 15, and amplifier 16. The sub-A / D converter converts the analog signal Vin input to each unit block into a digital signal. As the sub-A / D converter of a general pipeline type A / D converter, a flash type A / D converter composed of a plurality of comparators having different threshold values is used. This is because the flash type A / D converter does not have a conversion delay unlike the sequential comparison type A / D converter and can perform high-speed conversion.

パイプライン型A/D変換器では、クロックに同期して最初の単位ブロックから後段の単位ブロックへと順次信号が伝搬処理されていくため、単位ブロック間の信号伝搬処理が変換遅延となる。単位ブロックの数を減らすと変換遅延を短くできるが、所望のビット数のデジタル信号に変換できなくなる。そのため、単位ブロックを減らした分、各単位ブロックにおけるビット分解能を増やす必要がある。しかし、フラッシュ型A/D変換器でビット幅を増やすと、指数関数的に比較器の数が増加し、消費電力やコストが増加してしまう。例えば、2ビットのフラッシュ型A/D変換器に必要な比較器は3個であるが、3ビットのフラッシュ型A/D変換器では7個に増える。具体的に、nビットのフラッシュ型A/D変換器では2−1個の比較器が必要となる。 In the pipeline type A / D converter, the signal is sequentially propagated from the first unit block to the subsequent unit block in synchronization with the clock, so that the signal propagation process between the unit blocks is a conversion delay. Although the conversion delay can be shortened by reducing the number of unit blocks, it cannot be converted into a digital signal having a desired number of bits. Therefore, it is necessary to increase the bit resolution in each unit block by the amount that the unit block is reduced. However, if the bit width is increased by the flash type A / D converter, the number of comparators increases exponentially, and the power consumption and the cost increase. For example, a 2-bit flash A / D converter requires three comparators, but a three-bit flash A / D converter increases to seven. Specifically, an n-bit flash type A / D converter requires 2 n- 1 comparators.

これに対して、特許文献2に記載のパイプライン型A/D変換器は、低消費電力で回路面積を抑えられるA/D変換器である逐次比較型A/D変換器(特許文献2では「SAR」と呼ばれている)を用いてパイプライン型A/D変換器を構成している。
このパイプライン型A/D変換器では、図18に示すように、逐次比較処理として、Sample(変換対象信号のサンプル処理)、SAR(逐次比較)、Outputting(結果出力)と3つの処理を行っている。逐次比較処理が上記3つの処理を行わなければならないため、例えば、図18中の四角で囲った部分に示すように、SARの動作期間にアナログ加減算器内のOP−AMPのReset動作を行うなどして、SARの動作終了を待つための期間が存在する。
On the other hand, the pipeline type A / D converter described in Patent Document 2 is a sequential comparison type A / D converter which is an A / D converter whose circuit area can be suppressed with low power consumption (Patent Document 2). A pipeline type A / D converter is constructed by using (called "SAR").
In this pipeline type A / D converter, as shown in FIG. 18, three processes of Sample (sample processing of the signal to be converted), SAR (sequential comparison), and Outputting (result output) are performed as sequential comparison processing. ing. Since the sequential comparison process must perform the above three processes, for example, as shown in the part surrounded by a square in FIG. 18, the OP-AMP Reset operation in the analog adder / subtractor is performed during the SAR operation period. Then, there is a period for waiting for the end of the SAR operation.

また、従来、逐次比較型A/D変換器として、例えば、サンプルホールド機能とD/A変換機能とを同時に実現した構成が開示されている(特許文献3を参照)。
ここで、図19は、従来の電荷比較型の逐次比較型A/D変換器の一例を示す回路図である。また、図20は、図19の回路図を機能毎にブロック化した図である。
図19に示す逐次比較型A/D変換器は、アナログ入力信号Ainをnビット(nは、3以上の自然数)のデジタル出力Voutに変換するものである。図20において、S/Hは、サンプルホールド回路であり、D/A変換器は、デジタル値をアナログ値に変換する回路である。図19の回路図に示すように、一般的にS/HとD/A変換器はキャパシタを共用して実現されることが多い。即ち、キャパシタにアナログ入力電圧をサンプルした後、そのキャパシタを用いてD/A変換及び加減算を行う。
Further, conventionally, as a sequential comparison type A / D converter, for example, a configuration in which a sample hold function and a D / A conversion function are simultaneously realized is disclosed (see Patent Document 3).
Here, FIG. 19 is a circuit diagram showing an example of a conventional charge comparison type sequential comparison type A / D converter. Further, FIG. 20 is a diagram in which the circuit diagram of FIG. 19 is blocked for each function.
The sequential comparison type A / D converter shown in FIG. 19 converts the analog input signal Ain into a digital output Vout of n bits (n is a natural number of 3 or more). In FIG. 20, the S / H is a sample hold circuit, and the D / A converter is a circuit that converts a digital value into an analog value. As shown in the circuit diagram of FIG. 19, in general, the S / H and the D / A converter are often realized by sharing a capacitor. That is, after the analog input voltage is sampled in the capacitor, D / A conversion and addition / subtraction are performed using the capacitor.

特許文献3の逐次比較型A/D変換器では、アナログ入力信号Ainを事前にサンプルした後、サンプルされたAinに対してD/A変換器の値を変えながら順次比較動作が行われ、最終的にデジタル変換結果を得る。ここで、図21は、特許文献3(図19)の逐次比較型A/D変換器の比較動作時の被判定電圧、クロック信号波形及び判定結果の時間変化の一例を示す図である。図21には、被判定電圧をプロットした一例と、クロック信号CLKの一例と、判定結果DNの値の一例とが図示されている。 In the sequential comparison type A / D converter of Patent Document 3, after the analog input signal Ain is sampled in advance, a sequential comparison operation is performed on the sampled Ain while changing the value of the D / A converter, and finally. Obtain the digital conversion result. Here, FIG. 21 is a diagram showing an example of time changes in the voltage to be determined, the clock signal waveform, and the determination result during the comparison operation of the sequential comparison type A / D converter of Patent Document 3 (FIG. 19). FIG. 21 shows an example of plotting the voltage to be determined, an example of the clock signal CLK, and an example of the value of the determination result DN.

つまり、特許文献3の逐次比較型A/D変換器は、図19に示すように、D/A変換機能とサンプルホールド機能が一つの回路で実現されているため、時分割で処理をしなければならない。そのため、図21中の両矢印線の期間に示すように、アナログ入力信号Ainがサンプルされてから、このサンプルされたアナログ入力信号Ainに基づいて生成された被判定電圧に対する比較動作が終了するまでには遅延がある。即ち、従来の逐次比較型A/D変換器では、アナログ入力信号Ainがサンプルされてから、このアナログ入力信号AinのA/D変換結果が出力されるまでに、図21中の両矢印線で示した期間の遅延が存在する。このことは、副A/D変換器として逐次比較型A/D変換器を用いる特許文献2に記載のパイプライン型A/D変換器でも同様で、アナログ入力電圧がサンプルされてから比較動作が終了するまでには遅延が存在する。 That is, as shown in FIG. 19, the sequential comparison type A / D converter of Patent Document 3 has a D / A conversion function and a sample hold function realized by one circuit, and therefore must be processed in a time division manner. Must be. Therefore, as shown in the period of the double-headed arrow line in FIG. 21, from the time when the analog input signal Ain is sampled until the comparison operation with respect to the determined voltage generated based on the sampled analog input signal Ain is completed. Has a delay. That is, in the conventional successive approximation type A / D converter, from the time when the analog input signal Ain is sampled to the time when the A / D conversion result of the analog input signal Ain is output, the double arrow line in FIG. There is a delay for the indicated period. This also applies to the pipeline type A / D converter described in Patent Document 2, which uses a sequential comparison type A / D converter as the sub A / D converter, and the comparison operation is performed after the analog input voltage is sampled. There is a delay before it finishes.

これに対し、本発明の各実施形態に係る逐次比較型A/D変換器及びパイプライン型A/D変換器は、サンプルホールドによる遅延がない構成を有している。 On the other hand, the successive approximation type A / D converter and the pipeline type A / D converter according to each embodiment of the present invention have a configuration in which there is no delay due to sample hold.

〔第1実施形態〕
[基本構成]
まず、本発明の第1実施形態に係る逐次比較型AD変換器の基本構成を図1に基づき説明する。図1(a)は、第1実施形態に係るシングルエンド構成の逐次比較型AD変換器の基本構成を示す図であり、図1(b)は、第1実施形態に係る差動構成の逐次比較型AD変換器の基本構成を示す図である。
[First Embodiment]
[Basic configuration]
First, the basic configuration of the successive approximation type AD converter according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1A is a diagram showing a basic configuration of a single-ended sequential comparison type AD converter according to the first embodiment, and FIG. 1B is a diagram showing a sequential differential configuration according to the first embodiment. It is a figure which shows the basic structure of the comparative type AD converter.

図1(a)に示すように、第1実施形態に係るシングルエンド構成の逐次比較型AD変換器1は、制御回路101と、出力レジスタ102と、比較器104及び114と、比較用スイッチドキャパシタ回路108及び118とを備えている。ここで、制御回路101は、特許請求の範囲に記載の基準値演算回路に対応し、出力レジスタ102は、特許請求の範囲に記載の出力回路に対応し、比較器104及び114は、特許請求の範囲に記載の判定回路に対応する。 As shown in FIG. 1A, the single-ended sequential comparison type AD converter 1 according to the first embodiment includes a control circuit 101, an output register 102, a comparator 104 and 114, and a switch for comparison. It includes capacitor circuits 108 and 118. Here, the control circuit 101 corresponds to the reference value calculation circuit described in the claims, the output register 102 corresponds to the output circuit described in the claims, and the comparators 104 and 114 correspond to the claims. Corresponds to the judgment circuit described in the range of.

比較用スイッチドキャパシタ回路108は、受信回路107と、減算器108aと、DA変換器109とを備え、比較用スイッチドキャパシタ回路118は、受信回路117と、減算器118aと、DA変換器119とを備える。なお、図1(a)中のDA0及びDA1は、制御回路101で生成される制御値であり、DA変換器109及び119を制御するためのものである。ここで、減算器108a及び118aは、特許請求の範囲に記載の差分信号算出回路に対応し、制御値DA0及びDA1は特許請求の範囲に記載の基準値に対応する。 The comparison switched capacitor circuit 108 includes a reception circuit 107, a subtractor 108a, and a DA converter 109, and the comparison switched capacitor circuit 118 includes a reception circuit 117, a subtractor 118a, and a DA converter 119. And. Note that DA0 and DA1 in FIG. 1A are control values generated by the control circuit 101 and are for controlling the DA converters 109 and 119. Here, the subtractors 108a and 118a correspond to the difference signal calculation circuit described in the claims, and the control values DA0 and DA1 correspond to the reference values described in the claims.

受信回路107及び117は、信号入力端子Ainに入力されたアナログ入力信号Ainに応じた信号を出力するもので、例えば、アナログ入力信号Ainを、所望の振幅に調整したり、DA変換器109及び119の出力信号と加減算したりするために必要な調整回路である。以下、受信回路107及び117から出力されたアナログ入力信号Ainに応じた信号を「アナログ入力信号AinO」と称する。ここで、アナログ入力信号Ainは特許請求の範囲に記載の第1アナログ入力信号に対応し、アナログ入力信号AinOは特許請求の範囲に記載の第2アナログ入力信号に対応する。
第1実施形態では、アナログ入力信号Ainとアナログ入力信号AinOとは等価であるとして、以下、受信回路107及び117から出力されるアナログ入力信号AinOを「アナログ入力信号Ain」と称する。
The receiving circuits 107 and 117 output a signal corresponding to the analog input signal Ain input to the signal input terminal Ain. For example, the analog input signal Ain can be adjusted to a desired amplitude, or the DA converter 109 and It is an adjustment circuit necessary for adding and subtracting from the output signal of 119. Hereinafter, the signal corresponding to the analog input signal Ain output from the receiving circuits 107 and 117 is referred to as “analog input signal AinO”. Here, the analog input signal Ain corresponds to the first analog input signal described in the claims, and the analog input signal AinO corresponds to the second analog input signal described in the claims.
In the first embodiment, assuming that the analog input signal Ain and the analog input signal AinO are equivalent, the analog input signal AinO output from the receiving circuits 107 and 117 is hereinafter referred to as "analog input signal Ain".

シングルエンド構成では、減算器108a及び118aにて、受信回路107及び117から出力されたアナログ入力信号Ainと、DA変換器109及び119の出力信号との差分信号が演算される。そして、比較器104及び114の非反転入力端子に、減算器108a及び118aから出力された差分信号が入力される。以下、アナログ入力信号Ainと、DA変換器109の出力信号との差分信号の信号電圧を「差分電圧SN0」と称し、アナログ入力信号Ainと、DA変換器119の出力信号との差分信号の信号電圧を「差分電圧SN1」と称する。 In the single-ended configuration, the subtractors 108a and 118a calculate the difference signal between the analog input signals Ain output from the receiving circuits 107 and 117 and the output signals of the DA converters 109 and 119. Then, the difference signals output from the subtractors 108a and 118a are input to the non-inverting input terminals of the comparators 104 and 114. Hereinafter, the signal voltage of the difference signal between the analog input signal Ain and the output signal of the DA converter 109 is referred to as "difference voltage SN0", and the signal of the difference signal between the analog input signal Ain and the output signal of the DA converter 119. The voltage is referred to as "difference voltage SN1".

比較器104は、差分電圧SN0と参照電圧VCとを比較し、比較器114は、差分電圧SN1と参照電圧VCとを比較する。ここで、参照電圧VCは、特許請求の範囲に記載の第1基準電圧に対応する。そして、これらの比較結果に基づき差分電圧SN0及びSN1と参照電圧VCとの大小関係を判定する。制御回路101は、この比較結果DO0及びDO1に基づき、DA変換器109及び119の出力信号がアナログ入力信号Ainに近づくように制御値DA0及びDA1を更新する。また、第1実施形態の出力レジスタ102は、n回(nは3以上の自然数、以下同じ)行われる高低関係の比較結果DO0_1〜DO0_n及びDO1_1〜DO1_nに基づき、アナログ入力信号Ainに対応する(n+1)ビットのデジタル出力信号Voutを演算する。ここで、比較結果DO0及びDO1は特許請求の範囲に記載の判定結果に対応する。 The comparator 104 compares the differential voltage SN0 with the reference voltage VC, and the comparator 114 compares the differential voltage SN1 with the reference voltage VC. Here, the reference voltage VC corresponds to the first reference voltage described in the claims. Then, based on these comparison results, the magnitude relationship between the differential voltages SN0 and SN1 and the reference voltage VC is determined. Based on the comparison results DO0 and DO1, the control circuit 101 updates the control values DA0 and DA1 so that the output signals of the DA converters 109 and 119 approach the analog input signals Ain. Further, the output register 102 of the first embodiment corresponds to the analog input signal Ain based on the comparison results DO0_1 to DO0_n and DO1_1 to DO1_n of the high-low relationship performed n times (n is a natural number of 3 or more, the same applies hereinafter). The digital output signal Vout of n + 1) bits is calculated. Here, the comparison results DO0 and DO1 correspond to the determination results described in the claims.

一方、図1(b)に示すように、第1実施形態に係る差動構成の逐次比較型AD変換器1Aは、上記シングルエンド構成の逐次比較型AD変換器1において、比較用スイッチドキャパシタ回路108及び118の構成が一部異なる構成となっている。即ち、差動構成では、上記比較用スイッチドキャパシタ回路108及び118に代えて、比較用スイッチドキャパシタ回路108A及び118Aを備えている。比較用スイッチドキャパシタ回路108Aは、受信回路107Aと、減算器108a及び108bと、DA変換器109Aとを備え、比較用スイッチドキャパシタ回路118Aは、受信回路117Aと、減算器118a及び118bと、DA変換器119Aとを備える。 On the other hand, as shown in FIG. 1 (b), the differentially configured successive approximation type AD converter 1A according to the first embodiment is a comparative switched capacitor in the single-ended configuration sequential comparison type AD converter 1. The configurations of the circuits 108 and 118 are partially different. That is, in the differential configuration, the comparative switched capacitor circuits 108A and 118A are provided in place of the comparative switched capacitor circuits 108 and 118. The comparative switched capacitor circuit 108A includes a receiving circuit 107A, subtractors 108a and 108b, and a DA converter 109A, and the comparative switched capacitor circuit 118A includes a receiving circuit 117A, subtractors 118a and 118b, and the like. It is equipped with a DA converter 119A.

受信回路107A及び117Aは、信号入力端子Ain_P及びAin_Nに入力された、互いに逆相の関係にあるアナログ入力信号Ain_P及びAin_Nを、所望の振幅に調整したり、DA変換器109A及び119Aの出力と加減算したりするために必要な調整回路である。以下、受信回路107A及び117Aから出力されるアナログ入力信号Ain_P及びAin_Nに対応する信号を「アナログ入力信号AinO_P及びAinO_N」と称する。ここで、アナログ入力信号Ain_P及びAin_Nは特許請求の範囲に記載の第1アナログ入力信号に対応し、アナログ入力信号AinO_P及びAinO_Nは特許請求の範囲に記載の第2アナログ入力信号に対応する。 The receiving circuits 107A and 117A adjust the analog input signals Ain_P and Ain_N, which are input to the signal input terminals Ain_P and Ain_N and have a mutually opposite phase relationship, to a desired amplitude, and the output of the DA converters 109A and 119A. It is an adjustment circuit required for addition and subtraction. Hereinafter, the signals corresponding to the analog input signals Ain_P and Ain_N output from the receiving circuits 107A and 117A will be referred to as "analog input signals AinO_P and AinO_N". Here, the analog input signals Ain_P and Ain_N correspond to the first analog input signal described in the claims, and the analog input signals AinO_P and AinO_N correspond to the second analog input signal described in the claims.

第1実施形態では、アナログ入力信号Ain_P及びAin_Nとアナログ入力信号AinO_P及びAinO_Nとは等価であるとして、以下、受信回路107A及び117Aから出力されるアナログ入力信号AinO_P及びAinO_Nを「アナログ入力信号Ain_P及びAin_N」と称する。
差動構成では、減算器108a及び118aにて、受信回路107A及び117Aから出力されたアナログ入力信号AinO_Pと、DA変換器109A及び119Aの出力信号との差分信号が演算される。また、減算器108b及び118bにて、受信回路107A及び117Aから出力されたアナログ入力信号AinO_Nと、DA変換器109A及び119Aの出力信号との差分信号が演算される。
In the first embodiment, assuming that the analog input signals Ain_P and Ain_N and the analog input signals AinO_P and AinO_N are equivalent, the analog input signals AinO_P and AinO_N output from the receiving circuits 107A and 117A are hereinafter referred to as "analog input signals Ain_P and AinO_N. It is called "Ain_N".
In the differential configuration, the subtractors 108a and 118a calculate the difference signal between the analog input signals AinO_P output from the receiving circuits 107A and 117A and the output signals of the DA converters 109A and 119A. Further, the subtractors 108b and 118b calculate the difference signal between the analog input signals AinO_N output from the receiving circuits 107A and 117A and the output signals of the DA converters 109A and 119A.

そして、比較器104及び114の非反転入力端子に、減算器108a及び118a並びに108b及び118bから出力された差分信号が入力される。以下、アナログ入力信号Ain_P及びAin_Nのそれぞれと、DA変換器109Aの出力信号との差分信号の電圧を「差分電圧SN0_P及びSN0_N」と称する。また、アナログ入力信号Ain_P及びAin_Nのそれぞれと、DA変換器119Aの出力信号との差分信号の電圧を「差分電圧SN1_P及びSN1_N」と称する。 Then, the difference signals output from the subtractors 108a and 118a and 108b and 118b are input to the non-inverting input terminals of the comparators 104 and 114. Hereinafter, the voltage of the difference signal between each of the analog input signals Ain_P and Ain_N and the output signal of the DA converter 109A will be referred to as "difference voltage SN0_P and SN0_N". Further, the voltage of the difference signal between each of the analog input signals Ain_P and Ain_N and the output signal of the DA converter 119A is referred to as "difference voltage SN1_P and SN1_N".

比較器104は、差分電圧SN0_Pと差分電圧SN0_Nとを比較し、比較器114は、差分電圧SN1_Pと差分電圧SN1_Nとを比較する。そして、差分電圧SN0_Pと差分電圧SN0_Nとの高低関係並びに差分電圧SN1_Pと差分電圧SN1_Nとの高低関係を判定する。ここで、差分電圧SN0_N及び差分電圧SN1_Nは、特許請求の範囲に記載の参照電圧に対応する。なお、この参照電圧は、上記シングルエンド構成で用いられている参照電圧VCとは異なるものである。
なお、差動構成とすることで、コモンモード・ノイズと外部からの干渉に対する耐性がシングルエンド構成よりも高くなる。
The comparator 104 compares the differential voltage SN0_P with the differential voltage SN0_N, and the comparator 114 compares the differential voltage SN1_P with the differential voltage SN1_N. Then, the high-low relationship between the differential voltage SN0_P and the differential voltage SN0_N and the high-low relationship between the differential voltage SN1_P and the differential voltage SN1_N are determined. Here, the differential voltage SN0_N and the differential voltage SN1_N correspond to the reference voltages described in the claims. It should be noted that this reference voltage is different from the reference voltage VC used in the single-ended configuration.
Note that the differential configuration provides higher resistance to common mode noise and external interference than the single-ended configuration.

また、第1実施形態に係る逐次比較型AD変換器1及び1Aは、比較器と比較用スイッチドキャパシタ回路との組を2組備えた構成となっているが、この構成に限らない。例えば、比較器と比較用スイッチドキャパシタ回路との組を、1組だけ備えた構成としてもよいし、3組以上備えた構成としてもよい。
また、以降は、シングルエンド構成の逐次比較型AD変換器1について詳細に説明する。
Further, the sequential comparison type AD converters 1 and 1A according to the first embodiment are configured to include two sets of a comparator and a switched capacitor circuit for comparison, but the configuration is not limited to this. For example, the configuration may include only one set of the comparator and the switched capacitor circuit for comparison, or may include three or more sets.
In addition, the single-ended sequential comparison type AD converter 1 will be described in detail below.

[逐次比較型AD変換器1の具体的な構成例]
第1実施形態に係る逐次比較型AD変換器1は、アナログ入力信号Ainを、(n+1)ビットのデジタル出力信号VoutへとAD変換するものである。
この逐次比較型AD変換器1は、図2に示すように、制御回路101と、出力レジスタ102と、比較器104及び114と、比較用スイッチドキャパシタ回路108及び118とを備える。
[Specific configuration example of successive approximation type AD converter 1]
The successive approximation type AD converter 1 according to the first embodiment AD-converts an analog input signal Ain into a (n + 1) bit digital output signal Vout.
As shown in FIG. 2, the successive approximation type AD converter 1 includes a control circuit 101, an output register 102, comparators 104 and 114, and comparative switched capacitor circuits 108 and 118.

比較用スイッチドキャパシタ回路108は、スイッチ103a〜103cと、受信回路107と、ストレージノードSN0と、DA変換器109とを備える。ここで、スイッチ103cは特許請求の範囲に記載の第1スイッチ回路に対応する。
受信回路107は、第1実施形態において、静電容量Cinのキャパシタから構成されている。この受信回路107は、信号入力端子Ainに入力されたアナログ入力信号Ainを、比較器104の入力ノードであるストレージノードSN0に伝える(加える)役割を有している。ここで、受信回路107を構成する静電容量Cinのキャパシタは特許請求の範囲に記載の第1容量素子に対応する。
The comparative switched capacitor circuit 108 includes switches 103a to 103c, a receiving circuit 107, a storage node SN0, and a DA converter 109. Here, the switch 103c corresponds to the first switch circuit described in the claims.
In the first embodiment, the receiving circuit 107 is composed of a capacitor having a capacitance of Cin. The receiving circuit 107 has a role of transmitting (adding) the analog input signal Ain input to the signal input terminal Ain to the storage node SN0 which is an input node of the comparator 104. Here, the capacitor of the capacitance Cin constituting the receiving circuit 107 corresponds to the first capacitance element described in the claims.

DA変換器109は、スイッチ群105_1〜105_(n+1)と、キャパシタ106_1〜106_(n+1)とを備える。ここで、スイッチ群105_1〜105_(n+1)は特許請求の範囲に記載の第2スイッチ回路に対応し、キャパシタ106_1〜106_(n+1)は特許請求の範囲に記載の第2〜第L(Lは3以上の自然数、以下同じ)容量素子に対応する。
キャパシタ106_1は、静電容量が基準容量Cに設定されたキャパシタである。また、キャパシタ106_2〜106_(n+1)は、静電容量がそれぞれ、基準容量Cを2の累乗の逆数で重み付けした容量(C/2,C/4,・・・,C/2n)に設定されたキャパシタである。
例えば、「n=4」の場合に、キャパシタ106_1〜106_5の静電容量はそれぞれ、「C,C/2,C/4,C/8,C/16」となる。
The DA converter 109 includes a switch group 105_1 to 105_ (n + 1) and a capacitor 106_1 to 106_ (n + 1). Here, the switch group 105_1 to 105_ (n + 1) corresponds to the second switch circuit described in the claims, and the capacitors 106_1 to 106_ (n + 1) correspond to the second L (L) described in the claims. Corresponds to 3 or more natural numbers, the same applies hereinafter) capacitive elements.
The capacitor 106_1 is a capacitor whose capacitance is set to the reference capacitance C. Further, the capacitors 106_1 to 106_ (n + 1) are each set to a capacitance (C / 2, C / 4, ..., C / 2 n ) in which the reference capacitance C is weighted by the reciprocal of the power of 2. It is a capacitor.
For example, in the case of "n = 4", the capacitances of the capacitors 106_1 to 106_5 are "C, C / 2, C / 4, C / 8, C / 16," respectively.

スイッチ群105_1〜105_(n+1)は、各々が、スイッチ103d_k(kは、1〜(n+1)の自然数)と、スイッチ103e_kと、スイッチ103f_kとの3つのスイッチを備える。以下、スイッチ103d_k、スイッチ103e_k及びスイッチ103f_kを、「スイッチ103d_k〜103f_k」と略記する場合がある。
具体的に、スイッチ群105_1〜105_(n+1)は、各スイッチ群と末尾(1〜(n+1))が同じ番号となるスイッチ103d_k〜103f_kを備える。
例えば、スイッチ群105_1であれば、スイッチ103d_1、スイッチ103e_1及びスイッチ103f_1の3つのスイッチを備える。また、スイッチ群105_(n+1)であれば、スイッチ103d_(n+1)、スイッチ103e_(n+1)及びスイッチ103f_(n+1)の3つのスイッチを備える。
Each of the switch groups 105_1 to 105_ (n + 1) includes three switches, a switch 103d_k (k is a natural number of 1 to (n + 1)), a switch 103e_k, and a switch 103f_k. Hereinafter, the switch 103d_k, the switch 103e_k, and the switch 103f_k may be abbreviated as "switch 103d_k-103f_k".
Specifically, the switch group 105_1 to 105_ (n + 1) includes switches 103d_k to 103f_k having the same number at the end (1 to (n + 1)) as each switch group.
For example, the switch group 105_1 includes three switches, a switch 103d_1, a switch 103e_1, and a switch 103f_1. Further, in the case of the switch group 105_ (n + 1), the switch 103d_ (n + 1), the switch 103e_ (n + 1), and the switch 103f_ (n + 1) are provided.

また、スイッチ103d_k〜103f_kは、MOSトランジスタなどのスイッチング素子から構成され、それぞれの右端が接続された共通端子Oを備えている。
スイッチ103d_1〜103d_(n+1)の左端には端子Cが形成され、スイッチ103e_1〜103e_(n+1)の左端には端子Pが形成され、スイッチ103f_1〜103f_(n+1)の左端には端子Nが形成されている。
スイッチ103d_k〜103f_kの共通端子Oは、キャパシタ106_kの左端と接続されている。
Further, the switch 103d_k to 103f_k is composed of a switching element such as a MOS transistor, and has a common terminal O to which the right end of each is connected.
A terminal C is formed at the left end of the switches 103d_1 to 103d_ (n + 1), a terminal P is formed at the left end of the switches 103e_1 to 103e_ (n + 1), and a terminal N is formed at the left end of the switches 103f_1 to 103f_ (n + 1). ing.
The common terminal O of the switches 103d_k to 103f_k is connected to the left end of the capacitor 106_k.

具体的に、スイッチ103d_1〜103f_1の共通端子Oは、キャパシタ106_1の左端に、スイッチ103d_2〜103f_2の共通端子Oは、キャパシタ106_2の左端に、・・・、スイッチ103d_(n+1)〜103f_(n+1)の共通端子Oは、キャパシタ106_(n+1)の左端に接続されている。
スイッチ103d_1〜103d_(n+1)の端子Cは、第1基準電圧VCを有する第1基準電圧端子VCに接続されている。第1基準電圧VCは、例えば0[V]に設定される。
Specifically, the common terminal O of the switches 103d_1 to 103f_1 is located at the left end of the capacitor 106_1, the common terminal O of the switches 103d_1 to 103f_2 is located at the left end of the capacitor 106_2, ..., Switches 103d_ (n + 1) to 103f_ (n + 1). The common terminal O of is connected to the left end of the capacitor 106_ (n + 1).
The terminals C of the switches 103d_1 to 103d_ (n + 1) are connected to the first reference voltage terminal VC having the first reference voltage VC. The first reference voltage VC is set to, for example, 0 [V].

また、スイッチ103e_1〜103e_(n+1)の端子Pは、第1基準電圧VCを基準とした正側のフルスケール基準電圧である第2基準電圧VRPを有する第2基準電圧端子VRPに接続されている。
また、スイッチ103f_1〜103f_(n+1)の端子Nは、第1基準電圧VCを基準とした負側のフルスケール基準電圧である第3基準電圧VRNを有する第3基準電圧端子VRNに接続されている。
つまり、本実施形態において、第1基準電圧VCを基準(中心)として、負側の第3基準電圧VRN〜正側の第2基準電圧VRPの範囲がフルスケール基準電圧の範囲となる。
Further, the terminals P of the switches 103e_1 to 103e_ (n + 1) are connected to the second reference voltage terminal VRP having the second reference voltage VRP which is the full-scale reference voltage on the positive side with respect to the first reference voltage VC. ..
Further, the terminals N of the switches 103f_1 to 103f_ (n + 1) are connected to a third reference voltage terminal VRN having a third reference voltage VRN which is a full-scale reference voltage on the negative side with respect to the first reference voltage VC. ..
That is, in the present embodiment, the range from the negative side third reference voltage VRN to the positive side second reference voltage VRP is the range of the full-scale reference voltage with the first reference voltage VC as the reference (center).

そして、スイッチ103d_1〜103d_(n+1)は、制御回路101からの制御信号CTRLに応じてオン・オフの状態を切り替え、オン状態のときに、端子Cと端子Oとを短絡する。これにより、キャパシタ106_1〜106_(n+1)の左端を、第1基準電圧端子VCに接続する。
また、スイッチ103e_1〜103e_(n+1)は、制御回路101からの制御信号CTRLに応じてオン・オフの状態を切り替え、オン状態のときに、端子Pと端子Oとを短絡する。これにより、キャパシタ106_1〜106_(n+1)の左端を、第2基準電圧端子VRPに接続する。
Then, the switches 103d_1 to 103d_ (n + 1) switch the on / off state according to the control signal CTRL from the control circuit 101, and short-circuit the terminal C and the terminal O in the on state. As a result, the left end of the capacitors 106_1 to 106_ (n + 1) is connected to the first reference voltage terminal VC.
Further, the switches 103e_1 to 103e_ (n + 1) switch the on / off state according to the control signal CTRL from the control circuit 101, and short-circuit the terminal P and the terminal O in the on state. As a result, the left end of the capacitors 106_1 to 106_ (n + 1) is connected to the second reference voltage terminal VRP.

また、スイッチ103f_1〜103f_(n+1)は、制御回路101からの制御信号CTRLに応じてオン・オフを切り替え、オン状態のときに、端子Nと端子Oとを短絡する。これにより、キャパシタ106_1〜106_(n+1)の左端を、第3基準電圧端子VRNに接続する。
ストレージノードSN0は、キャパシタ106_1〜106_(n+1)の右端と、比較器104の非反転入力端子と、スイッチ103aの上端と、受信回路107を構成するキャパシタ(以下、受信回路107を「キャパシタ107」とも称す)の右端との接続点に形成された、電荷を保存可能なノードである。
Further, the switches 103f_1 to 103f_ (n + 1) switch on / off according to the control signal CTRL from the control circuit 101, and when in the on state, short-circuit the terminal N and the terminal O. As a result, the left end of the capacitors 106_1 to 106_ (n + 1) is connected to the third reference voltage terminal VRN.
The storage node SN0 includes the right end of the capacitors 106_1 to 106_ (n + 1), the non-inverting input terminal of the comparator 104, the upper end of the switch 103a, and the capacitors constituting the receiving circuit 107 (hereinafter, the receiving circuit 107 is referred to as “capacitor 107””. It is a node that can store an electric charge, which is formed at the connection point with the right end of (also called).

なお、上記説明した各種キャパシタ106及び107並びに各種スイッチ103a〜103fの接続構成によって、スイッチ103a及び103bをオフ状態にし、スイッチ103cをオン状態にしたときに、上記減算器108aと同等の機能が発揮される。即ち、この接続状態において、ストレージノードSN0には、キャパシタ107の保持電圧(アナログ入力信号Ainの電圧)に、キャパシタ106_1〜106_(n+1)の保持電圧(DA変換器109の出力電圧)を極性に応じて加減した電圧である差分電圧SN0が保持される。 By the connection configuration of the various capacitors 106 and 107 and the various switches 103a to 103f described above, when the switches 103a and 103b are turned off and the switch 103c is turned on, the same function as the subtractor 108a is exhibited. Will be done. That is, in this connected state, the holding voltage of the capacitor 107 (the voltage of the analog input signal Ain) and the holding voltage of the capacitors 106_1 to 106_ (n + 1) (the output voltage of the DA converter 109) are made polar in the storage node SN0. The differential voltage SN0, which is the voltage adjusted accordingly, is held.

スイッチ103aは、MOSトランジスタなどのスイッチング素子から構成され、上端がストレージノードSN0に接続され、下端が第1基準電圧VCを有する第1基準電圧端子VCに接続されている。そして、制御回路101からの制御信号CTRLに応じてオン・オフの状態を切り替え、オン状態のときに、ストレージノードSN0を第1基準電圧端子VCに接続する。
スイッチ103bは、MOSトランジスタなどのスイッチング素子から構成され、右端がスイッチ103cの右端と、受信回路107の左端とにそれぞれ接続され、左端が第1基準電圧端子VCに接続されている。そして、制御回路101からの制御信号CTRLに応じてオン・オフの状態を切り替え、オン状態のときに、受信回路107の左端を第1基準電圧端子VCに接続する。
The switch 103a is composed of a switching element such as a MOS transistor, its upper end is connected to the storage node SN0, and its lower end is connected to the first reference voltage terminal VC having the first reference voltage VC. Then, the on / off state is switched according to the control signal CTRL from the control circuit 101, and the storage node SN0 is connected to the first reference voltage terminal VC in the on state.
The switch 103b is composed of a switching element such as a MOS transistor, the right end of which is connected to the right end of the switch 103c and the left end of the receiving circuit 107, and the left end of which is connected to the first reference voltage terminal VC. Then, the on / off state is switched according to the control signal CTRL from the control circuit 101, and when the on / off state, the left end of the receiving circuit 107 is connected to the first reference voltage terminal VC.

スイッチ103cは、MOSトランジスタなどのスイッチング素子から構成され、右端がスイッチ103bの右端と受信回路107の左端とに接続され、左端がアナログ入力信号Ainの信号入力端子Ainに接続されている。そして、制御回路101からの制御信号CTRLに応じてオン・オフを切り替え、オン状態のときに、受信回路107左端を信号入力端子Ainに接続する。
なお、スイッチ103bとスイッチ103cとは同時にオン状態とならないようにスイッチング動作が制御(ノンオーバーラップ制御)される。
The switch 103c is composed of a switching element such as a MOS transistor, and the right end is connected to the right end of the switch 103b and the left end of the receiving circuit 107, and the left end is connected to the signal input terminal Ain of the analog input signal Ain. Then, on / off is switched according to the control signal CTRL from the control circuit 101, and when it is in the on state, the left end of the receiving circuit 107 is connected to the signal input terminal Ain.
The switching operation is controlled (non-overlapping control) so that the switch 103b and the switch 103c are not turned on at the same time.

一方、比較用スイッチドキャパシタ回路118は、スイッチ113a〜113cと、受信回路117と、ストレージノードSN1と、DA変換器119とを備える。
受信回路117は、第1実施形態において、受信回路107と同じ静電容量Cinのキャパシタから構成されている。かかる構成によって、受信回路117は、信号入力端子Ainに入力されたアナログ入力信号Ainを、比較器114の入力ノードであるストレージノードSN1に伝える(加える)役割を有している。
DA変換器119は、スイッチ群115_1〜115_(n+1)と、キャパシタ116_1〜116_(n+1)とを備える。ここで、スイッチ群115_1〜115_(n+1)は特許請求の範囲に記載の第2スイッチ回路に対応し、キャパシタ116_1〜116_(n+1)は特許請求の範囲に記載の第2〜第n容量素子に対応する。
キャパシタ116_1〜116_(n+1)は、上記キャパシタ106_1〜106_(n+1)と同様の構成となっている。
On the other hand, the comparative switched capacitor circuit 118 includes switches 113a to 113c, a receiving circuit 117, a storage node SN1, and a DA converter 119.
In the first embodiment, the receiving circuit 117 is composed of a capacitor having the same capacitance as the receiving circuit 107. With this configuration, the receiving circuit 117 has a role of transmitting (adding) the analog input signal Ain input to the signal input terminal Ain to the storage node SN1 which is an input node of the comparator 114.
The DA converter 119 includes a switch group 115_1 to 115_ (n + 1) and a capacitor 116_1 to 116_ (n + 1). Here, the switch group 115_1 to 115_ (n + 1) corresponds to the second switch circuit described in the claims, and the capacitors 116_1 to 116_ (n + 1) correspond to the second to nth capacitive elements described in the claims. Correspond.
Capacitors 116_1 to 116_ (n + 1) have the same configuration as the above capacitors 106_1 to 106_ (n + 1).

スイッチ群115_1〜115_(n+1)は、各々が、スイッチ113d_kと、スイッチ113e_kと、スイッチ113f_kとの3つのスイッチを備える。以下、スイッチ113d_k、スイッチ113e_k及びスイッチ113f_kを、「スイッチ113d_k〜113f_k」と略記する場合がある。
スイッチ113d_k〜113f_kは、上記スイッチ103d_k〜103f_kと同様の構成となっている。即ち、スイッチ113d_1〜113d_(n+1)の左端には端子Cが形成され、スイッチ113e_1〜113e_(n+1)の左端には端子Pが形成され、スイッチ113f_1〜113f_(n+1)の左端には端子Nが形成されている。そして、スイッチ113d_k〜113f_kの共通端子Oはキャパシタ116_kの左端と接続され、端子Cは第1基準電圧端子VCに接続され、端子Pは第2基準電圧端子VRPに接続され、端子Nは第3基準電圧端子VRNに接続されている。
Each of the switch groups 115_1 to 115_ (n + 1) includes three switches, a switch 113d_k, a switch 113e_k, and a switch 113f_k. Hereinafter, the switch 113d_k, the switch 113e_k, and the switch 113f_k may be abbreviated as "switch 113d_k to 113f_k".
The switches 113d_k to 113f_k have the same configuration as the switches 103d_k to 103f_k. That is, a terminal C is formed at the left end of the switches 113d_1 to 113d_ (n + 1), a terminal P is formed at the left end of the switches 113e_1 to 113e_ (n + 1), and a terminal N is formed at the left end of the switches 113f_1 to 113f_ (n + 1). It is formed. Then, the common terminal O of the switches 113d_k to 113f_k is connected to the left end of the capacitor 116_k, the terminal C is connected to the first reference voltage terminal VC, the terminal P is connected to the second reference voltage terminal VRP, and the terminal N is the third. It is connected to the reference voltage terminal VRN.

そして、スイッチ113d_1〜113d_(n+1)は、制御回路101からの制御信号CTRLに応じてオン・オフの状態を切り替え、オン状態のときに、端子Cと端子Oとを短絡する。これにより、キャパシタ116_1〜116_(n+1)の左端を、第1基準電圧端子VCに接続する。
また、スイッチ113e_1〜113e_(n+1)は、制御回路101からの制御信号CTRLに応じてオン・オフの状態を切り替え、オン状態のときに、端子Pと端子Oとを短絡する。これにより、キャパシタ116_1〜116_(n+1)の左端を、第2基準電圧端子VRPに接続する。
Then, the switches 113d_1 to 113d_ (n + 1) switch the on / off state according to the control signal CTRL from the control circuit 101, and short-circuit the terminal C and the terminal O in the on state. As a result, the left end of the capacitors 116_1 to 116_ (n + 1) is connected to the first reference voltage terminal VC.
Further, the switches 113e_1 to 113e_ (n + 1) switch the on / off state according to the control signal CTRL from the control circuit 101, and short-circuit the terminal P and the terminal O when the switch 113e_1 to 113e_ (n + 1) is in the on state. As a result, the left end of the capacitors 116_1 to 116_ (n + 1) is connected to the second reference voltage terminal VRP.

また、スイッチ113f_1〜113f_(n+1)は、制御回路101からの制御信号CTRLに応じてオン・オフの状態を切り替え、オン状態のときに、端子Nと端子Oとを短絡する。これにより、キャパシタ116_1〜116_(n+1)の左端を、第3基準電圧端子VRNに接続する。
ストレージノードSN1は、キャパシタ116_1〜116_(n+1)の右端と、比較器114の非反転入力端子と、スイッチ113aの上端と、受信回路117を構成するキャパシタ(以下、受信回路117を「キャパシタ117」とも称す)の右端との接続点に形成された、電荷を保存可能なノードである。
Further, the switches 113f_1 to 113f_ (n + 1) switch the on / off state according to the control signal CTRL from the control circuit 101, and short-circuit the terminal N and the terminal O when the switch 113f_1 to 113f_ (n + 1) is in the on state. As a result, the left end of the capacitors 116_1 to 116_ (n + 1) is connected to the third reference voltage terminal VRN.
The storage node SN1 includes the right end of the capacitors 116_1 to 116_ (n + 1), the non-inverting input terminal of the comparator 114, the upper end of the switch 113a, and the capacitors constituting the receiving circuit 117 (hereinafter, the receiving circuit 117 is referred to as “capacitor 117””. It is a node that can store an electric charge, which is formed at the connection point with the right end of (also called).

なお、上記説明した各種キャパシタ116及び117並びに各種スイッチ113a〜113fの接続構成によって、スイッチ113a及び113bをオフ状態にし、スイッチ113cをオン状態にしたときに、上記減算器118aと同等の機能が発揮される。即ち、この接続状態において、ストレージノードSN1には、キャパシタ117の保持電圧(アナログ入力信号Ainの電圧)に、キャパシタ116_1〜116_(n+1)の保持電圧(DA変換器119の出力電圧)を極性に応じて加減した電圧である差分電圧SN1が保持される。 According to the connection configuration of the various capacitors 116 and 117 and the various switches 113a to 113f described above, when the switches 113a and 113b are turned off and the switch 113c is turned on, the same function as the subtractor 118a is exhibited. Will be done. That is, in this connected state, the holding voltage of the capacitor 117 (the voltage of the analog input signal Ain) and the holding voltage of the capacitors 116_1 to 116_ (n + 1) (the output voltage of the DA converter 119) are made polar in the storage node SN1. The differential voltage SN1, which is a voltage adjusted accordingly, is held.

スイッチ113aは、MOSトランジスタなどのスイッチング素子から構成され、上端がストレージノードSN1に接続され、下端が第1基準電圧端子VCに接続されている。そして、制御回路101からの制御信号CTRLに応じてオン・オフの状態を切り替え、オン状態のときに、ストレージノードSN1を第1基準電圧端子VCに接続する。
スイッチ113bは、MOSトランジスタなどのスイッチング素子から構成され、右端がスイッチ113cの右端と、受信回路117の左端とにそれぞれ接続され、左端が第1基準電圧端子VCに接続されている。そして、制御回路101からの制御信号CTRLに応じてオン・オフの状態を切り替え、オン状態のときに、受信回路117の左端を第1基準電圧端子VCに接続する。
The switch 113a is composed of a switching element such as a MOS transistor, its upper end is connected to the storage node SN1, and its lower end is connected to the first reference voltage terminal VC. Then, the on / off state is switched according to the control signal CTRL from the control circuit 101, and the storage node SN1 is connected to the first reference voltage terminal VC in the on state.
The switch 113b is composed of a switching element such as a MOS transistor, and the right end is connected to the right end of the switch 113c and the left end of the receiving circuit 117, respectively, and the left end is connected to the first reference voltage terminal VC. Then, the on / off state is switched according to the control signal CTRL from the control circuit 101, and when the on / off state, the left end of the receiving circuit 117 is connected to the first reference voltage terminal VC.

スイッチ113cは、MOSトランジスタなどのスイッチング素子から構成され、右端がスイッチ113bの右端と受信回路117の左端とに接続され、左端がアナログ入力信号Ainの信号入力端子Ainに接続されている。そして、制御回路101からの制御信号CTRLに応じてオン・オフの状態を切り替え、オン状態のときに、受信回路117左端を信号入力端子Ainに接続する。
なお、スイッチ113bとスイッチ113cとはノンオーバーラップ制御される。
The switch 113c is composed of a switching element such as a MOS transistor, and the right end is connected to the right end of the switch 113b and the left end of the receiving circuit 117, and the left end is connected to the signal input terminal Ain of the analog input signal Ain. Then, the on / off state is switched according to the control signal CTRL from the control circuit 101, and the left end of the receiving circuit 117 is connected to the signal input terminal Ain in the on state.
The switch 113b and the switch 113c are non-overlapping controlled.

制御回路101は、比較器104及び114の比較結果DO0及びDO1に基づき、スイッチ103a〜103c及び113a〜113cと、スイッチ群105_1〜105_(n+1)及び115_1〜115_(n+1)とのスイッチング動作を制御する制御信号CTRLを生成する機能を有している。
制御信号CTRLは、制御値DA0及びDA1に基づいて生成された制御値NEG及びDiを含んでいる。なお、iは1から(n+1)の自然数である。また、NEGは信号の極性を意味し、Diは信号の絶対値を意味する。具体的に、NEGは「Negative」の意味で、「NEG=0」で正、「NEG=1」で負を示す。ここで、制御信号CTRLは特許請求の範囲に記載の基準値に対応する。
The control circuit 101 controls the switching operation between the switches 103a to 103c and 113a to 113c and the switch groups 105_1 to 105_ (n + 1) and 115_1 to 115_ (n + 1) based on the comparison results DO0 and DO1 of the comparators 104 and 114. It has a function of generating a control signal CTRL.
The control signal CTRL includes the control values NEG and Di generated based on the control values DA0 and DA1. Note that i is a natural number from 1 to (n + 1). Further, NEG means the polarity of the signal, and Di means the absolute value of the signal. Specifically, NEG means "Negative", and "NEG = 0" indicates positive and "NEG = 1" indicates negative. Here, the control signal CTRL corresponds to the reference value described in the claims.

出力レジスタ102は、比較器104及び114の出力する比較結果を示す信号の値(DO0_1〜DO0_n及びDO1_1〜DO1_n)を保持する機能を有している。加えて、保持した比較結果DO0_1〜DO0_n及びDO1_1〜DO1_nに基づき、(n+1)ビットのデジタル出力信号Voutを生成し、生成したデジタル出力信号Voutを出力する機能を有している。
比較器104は、制御回路101からのクロック信号DCLKの立ち上がりエッジに応じて、非反転入力端子に入力された差分電圧SN0と反転入力端子に入力された参照電圧VC(第1基準電圧VCと同じ)とを比較する。そして、「SN0≧VC」のときは、比較結果DO0_M(Mは、1〜nの自然数)として、ハイレベルの信号(「DO0_M=1」)を出力する。また、「SN0<VC」のときは、比較結果DO0_Mとして、ローレベルの信号(「DO0_M=0」)を出力する。
The output register 102 has a function of holding signal values (DO0-1 to DO0_n and DO1-1 to DO1_n) indicating the comparison results output by the comparators 104 and 114. In addition, it has a function of generating a (n + 1) bit digital output signal Vout and outputting the generated digital output signal Vout based on the retained comparison results DO0_1 to DO0_n and DO1_1 to DO1_n.
The comparator 104 has a difference voltage SN0 input to the non-inverting input terminal and a reference voltage VC (same as the first reference voltage VC) input to the inverting input terminal according to the rising edge of the clock signal DCLK from the control circuit 101. ) And compare. Then, when “SN0 ≧ VC”, a high level signal (“DO0_M = 1”) is output as the comparison result DO0_M (M is a natural number of 1 to n). When "SN0 <VC", a low-level signal ("DO0_M = 0") is output as the comparison result DO0_M.

比較器114は、制御回路101からのクロック信号DCLKの立ち上がりエッジに応じて、非反転入力端子に入力された差分電圧SN1と反転入力端子に入力された参照電圧VCとを比較する。そして、「SN1≧VC」のときは、比較結果DO1_Mとして、ハイレベルの信号(「DO1_M=1」)を出力する。また、「SN1<VC」のときは、比較結果DO1_Mとして、ローレベルの信号(「DO1_M=0」)を出力する。 The comparator 114 compares the differential voltage SN1 input to the non-inverting input terminal with the reference voltage VC input to the inverting input terminal according to the rising edge of the clock signal DCLK from the control circuit 101. Then, when “SN1 ≧ VC”, a high level signal (“DO1_M = 1”) is output as the comparison result DO1_M. Further, when "SN1 <VC", a low level signal ("DO1_M = 0") is output as the comparison result DO1_M.

[逐次比較型AD変換器1の動作概要]
次に、第1実施形態に係る逐次比較型AD変換器1の動作の概要を説明する。
第1実施形態に係る逐次比較型AD変換器1は、下記(1)〜(6)に示す動作を行うことで、アナログ入力信号AinのAD変換結果であるデジタル出力信号Voutを得ることが可能である。
[Outline of operation of successive approximation type AD converter 1]
Next, an outline of the operation of the successive approximation type AD converter 1 according to the first embodiment will be described.
The sequential comparison type AD converter 1 according to the first embodiment can obtain the digital output signal Vout which is the AD conversion result of the analog input signal Ain by performing the operations shown in the following (1) to (6). Is.

(1)制御回路101によって、スイッチ103a、103b、103d_1〜103d_(n+1)をオン状態にし、キャパシタ106_1〜106_(n+1)の電荷を初期化する。同様に、スイッチ113a、113b、113d_1〜113d_(n+1)をオン状態にし、キャパシタ116_1〜116_(n+1)の電荷を初期化する。 (1) The control circuit 101 turns on the switches 103a, 103b, 103d_1 to 103d_ (n + 1), and initializes the charges of the capacitors 106_1 to 106_ (n + 1). Similarly, the switches 113a, 113b, 113d_1 to 113d_ (n + 1) are turned on to initialize the charges of the capacitors 116_1 to 116_ (n + 1).

(2)制御回路101によって、スイッチ103aと103bをオフ状態にし、スイッチ103cをオン状態にして、信号入力端子Ainに入力されたアナログ入力信号Ainが比較器104の入力端子に受信回路107を介して伝わるようにする。同時に、DA変換器109の出力電圧が所望の比較電圧(後述)となるようにスイッチ群105_1〜105_(n+1)内部のいずれかのスイッチをオン状態にする。
同様に、制御回路101によって、スイッチ113aと113bをオフ状態にし、スイッチ113cをオン状態にして、信号入力端子Ainに入力されたアナログ入力信号Ainが比較器114の入力端子に受信回路117を介して伝わるようにする。同時に、DA変換器119の出力電圧が所望の比較電圧(後述)となるようにスイッチ群115_1〜115_(n+1)内部のいずれかのスイッチをオン状態にする。
(2) The control circuit 101 turns off the switches 103a and 103b, turns on the switch 103c, and sends the analog input signal Ain input to the signal input terminal Ain to the input terminal of the comparator 104 via the receiving circuit 107. To be transmitted. At the same time, one of the switches inside the switch group 105_1 to 105_ (n + 1) is turned on so that the output voltage of the DA converter 109 becomes a desired comparison voltage (described later).
Similarly, the control circuit 101 turns off the switches 113a and 113b, turns on the switch 113c, and sends the analog input signal Ain input to the signal input terminal Ain to the input terminal of the comparator 114 via the receiving circuit 117. To be transmitted. At the same time, any switch inside the switch group 115_1 to 115_ (n + 1) is turned on so that the output voltage of the DA converter 119 becomes a desired comparison voltage (described later).

ここで、比較電圧は、アナログ入力信号Ainの信号電圧との高低比較をするための電圧である。制御回路101は、アナログ入力信号Ainの信号電圧が比較電圧よりも高い場合は、次回の比較電圧をより高い電圧へと更新し、アナログ入力信号Ainの信号電圧が比較電圧よりも低い場合は、次回の比較電圧をより低い電圧へと更新する。また、DA変換器109及び119から出力される所望の比較電圧は互いに異なるので、異なる位置のスイッチがオン状態となる。 Here, the comparison voltage is a voltage for comparing the height of the analog input signal Ain with the signal voltage. The control circuit 101 updates the next comparison voltage to a higher voltage when the signal voltage of the analog input signal Ain is higher than the comparison voltage, and when the signal voltage of the analog input signal Ain is lower than the comparison voltage, the control circuit 101 updates the next comparison voltage to a higher voltage. Update the next comparison voltage to a lower voltage. Further, since the desired comparison voltages output from the DA converters 109 and 119 are different from each other, the switches at different positions are turned on.

(3)比較器104によって、ストレージノードSN0に保持された差分電圧SN0と、参照電圧VCとを比較し、比較結果DO0_1を得る。同様に、比較器114によって、ストレージノードSN1に保持された差分電圧SN1と、参照電圧VCとを比較し、比較結果DO1_1を得る。ここで、第1実施形態では、比較器104及び114にて、アナログ入力信号Ainの電圧と比較電圧との差分電圧SN0及びSN1と参照電圧VCとの高低比較を行うことで、アナログ入力信号Ainの電圧と比較電圧との高低比較を行う構成となっている。 (3) The comparator 104 compares the differential voltage SN0 held in the storage node SN0 with the reference voltage VC, and obtains a comparison result DO0_1. Similarly, the comparator 114 compares the differential voltage SN1 held in the storage node SN1 with the reference voltage VC, and obtains a comparison result DO1_1. Here, in the first embodiment, the analog input signal Ain is compared with the difference voltage SN0 and SN1 between the voltage of the analog input signal Ain and the comparison voltage and the reference voltage VC with the comparators 104 and 114. It is configured to compare the height of the voltage of the above and the comparison voltage.

(4)出力レジスタ102にて、比較器104及び114の比較結果DO0_M及びDO1_Mに基づき、デジタル出力コードであるVO(M)を得る。例えば、1回目の比較動作であれば、比較結果DO0_1及びDO1_1に基づき、1回目のデジタル出力コードであるVO(1)が得られる。 (4) At the output register 102, a digital output code VO (M) is obtained based on the comparison results DO0_M and DO1_M of the comparators 104 and 114. For example, in the case of the first comparison operation, VO (1), which is the first digital output code, can be obtained based on the comparison results DO0_1 and DO1_1.

(5)制御回路101によって、制御値DA0及びDA1を更新して比較電圧を変更しながら上記(2)から上記(4)と同様の処理を(n−1)回繰り返す。これにより、デジタル出力コードVO(2)からVO(n)を得る。 (5) The control circuit 101 updates the control values DA0 and DA1 to change the comparison voltage, and repeats the same processes from (2) to (4) above (n-1) times. As a result, VO (n) is obtained from the digital output code VO (2).

(6)出力レジスタ102にて、デジタル出力コードVO(1)からVO(n)の値に基づき、アナログ入力信号AinのAD変換結果であるデジタル出力信号Voutを計算する。そして、計算したデジタル出力信号Voutを出力する。なお、第1実施形態に係る逐次比較型AD変換器1では、n回の比較動作により(n+1)ビットのAD変換結果を得ることが可能である。 (6) In the output register 102, the digital output signal Vout, which is the AD conversion result of the analog input signal Ain, is calculated based on the values of the digital output codes VO (1) to VO (n). Then, the calculated digital output signal Vout is output. In the successive approximation type AD converter 1 according to the first embodiment, it is possible to obtain an AD conversion result of (n + 1) bits by n comparison operations.

[ストレージノードSN0の差分電圧SN0について]
上記(2)から上記(4)の処理中、差分電圧SN0は、スイッチ群105_1〜105_(n+1)の各スイッチのオン・オフの状態で変化する。また、この差分電圧SN0は、寄生容量の影響を無視すると、下式(1)で表すことができる。
[About the differential voltage SN0 of the storage node SN0]
During the processing from (2) to (4) above, the differential voltage SN0 changes depending on the on / off state of each switch of the switch group 105_1 to 105_ (n + 1). Further, this differential voltage SN0 can be expressed by the following equation (1), ignoring the influence of parasitic capacitance.

Figure 2020188454
Figure 2020188454

ここで、上式(1)において、Ctotalは、キャパシタ107と、キャパシタ106_1〜106_(n+1)とを含む全キャパシタの容量値の総和であり、下式(2)で表すことができる。 Here, in the above equation (1), Ctotal is the sum of the capacitance values of all the capacitors including the capacitor 107 and the capacitors 106_1 to 106_ (n + 1), and can be expressed by the following equation (2).

Figure 2020188454
Figure 2020188454

上式(2)において、Ciは、キャパシタ106_iの容量値である。
制御値NEG及びDiと、スイッチ群105_iのスイッチ103d_i〜103f_iのうちオン状態にするスイッチとは、下表1に示す関係となる。
In the above equation (2), Ci is the capacitance value of the capacitor 106_i.
The control values NEG and Di and the switches 103d_i to 103f_i of the switch group 105_i to be turned on have the relationships shown in Table 1 below.

Figure 2020188454
Figure 2020188454

即ち、上表1に示すように、初期化時においてNEG及びDiは「0又は1」となり、オン状態にするスイッチは103d_iとなる。このときの端子Oの電圧は第1基準電圧VCとなる。また、比較動作時で、NEGが「0」かつDiが「1」のときは、オン状態にするスイッチは103f_iとなる。このときの端子Oの電圧は第3基準電圧VRNとなる。また、比較動作時で、NEGが「0又は1」で、Diが「0」のときは、オン状態にするスイッチは103d_iとなる。このときの端子Oの電圧は第1基準電圧VCとなる。また、比較動作時で、NEGが「1」かつDiが「1」のときは、オン状態にするスイッチは103e_iとなる。このときの端子Oの電圧は第2基準電圧VRPとなる。
また、制御値DA0を下式(3)とすると、上式(1)及び(2)は、下式(4)及び(5)と表すことができる。
That is, as shown in Table 1 above, NEG and Di are set to "0 or 1" at the time of initialization, and the switch to be turned on is 103d_i. The voltage of the terminal O at this time is the first reference voltage VC. Further, in the comparison operation, when NEG is "0" and Di is "1", the switch to be turned on is 103f_i. The voltage of the terminal O at this time becomes the third reference voltage VRN. Further, in the comparison operation, when NEG is "0 or 1" and Di is "0", the switch to be turned on is 103d_i. The voltage of the terminal O at this time is the first reference voltage VC. Further, in the comparison operation, when NEG is "1" and Di is "1", the switch to be turned on is 103e_i. The voltage of the terminal O at this time becomes the second reference voltage VRP.
Further, assuming that the control value DA0 is the following equation (3), the above equations (1) and (2) can be expressed as the following equations (4) and (5).

Figure 2020188454
Figure 2020188454

Figure 2020188454
Figure 2020188454

Figure 2020188454
Figure 2020188454

上式(4)の第1項は、アナログ入力信号Ainに比例する。また、上式(4)の第2項は、−((C/2n)/Ctotal)・((VRP−VRN)/2)から+((C/2n
/Ctotal)・((VRP−VRN)/2)の範囲内の任意の電圧値となる。
ここで、図3は、「n=4」とした場合の制御値NEG、D1、D2、D3、D4、D5、DA0及び上式(4)の第2項の値の対応関係を示す図である。また、図4は、比較用スイッチドキャパシタ回路を機能毎のブロックで示したブロック図である。
The first term of the above equation (4) is proportional to the analog input signal Ain. Further, the second term of the above equation (4) is from − ((C / 2 n ) / Ctotal) · ((VRP-VRN) / 2) to + ((C / 2 n )).
It is an arbitrary voltage value within the range of / Ctotal) and ((VRP-VRN) / 2).
Here, FIG. 3 is a diagram showing the correspondence between the control values NEG, D1, D2, D3, D4, D5, DA0 and the value of the second term of the above equation (4) when "n = 4". is there. Further, FIG. 4 is a block diagram showing a comparative switched capacitor circuit in blocks for each function.

図3に示すように、例えば、「NEG=0、D1=D2=D3=D4=D5=1、DA0=31」のとき、上式(4)の第2項は、「(31/32)・(C/Ctotal)・(VRP−VRN)」となる。一方、例えば、「NEG=1、D1=D2=D3=D4=D5=1、DA0=−31」のとき、上式(4)の第2項は、「−(31/32)・(C/Ctotal)・(VRP−VRN)」となる。 As shown in FIG. 3, for example, when "NEG = 0, D1 = D2 = D3 = D4 = D5 = 1, DA0 = 31", the second term of the above equation (4) is "(31/32).・ (C / Ctotal) ・ (VRP-VRN) ”. On the other hand, for example, when "NEG = 1, D1 = D2 = D3 = D4 = D5 = 1, DA0 = -31", the second term of the above equation (4) is "-(31/32) · (C). / Ctotal) ・ (VRP-VRN) ”.

つまり、比較用スイッチドキャパシタ回路108は、図4に示すように、アナログ入力信号Ainから制御値DA0の値に相当する比較電圧を加減した電圧(差分電圧SN0)をストレージノードSN0に出力する回路と言える。制御値DA0はデジタル値なので、比較用スイッチドキャパシタ回路108は、デジタルの制御値DA0をアナログ値にDA変換することでアナログの比較信号を生成し、このアナログの比較信号をアナログ入力信号Ainと加減算して出力する回路と言いかえることもできる。ここで、アナログの比較信号は特許請求の範囲に記載のアナログ基準信号に対応する。
なお、比較用スイッチドキャパシタ回路118は、比較用スイッチドキャパシタ回路108と同様の構成となるため、ストレージノードSN1の差分電圧SN1については説明を省略する。
That is, as shown in FIG. 4, the comparison switched capacitor circuit 108 is a circuit that outputs a voltage (difference voltage SN0) obtained by adding or subtracting the comparison voltage corresponding to the value of the control value DA0 from the analog input signal Ain to the storage node SN0. It can be said that. Since the control value DA0 is a digital value, the comparison switched capacitor circuit 108 generates an analog comparison signal by DA-converting the digital control value DA0 to an analog value, and converts this analog comparison signal into an analog input signal Ain. It can be rephrased as a circuit that outputs by adding or subtracting. Here, the analog comparison signal corresponds to the analog reference signal described in the claims.
Since the comparative switched capacitor circuit 118 has the same configuration as the comparative switched capacitor circuit 108, the description of the differential voltage SN1 of the storage node SN1 will be omitted.

[比較動作時における比較電圧の設定方法について]
ここで、図5は、第1実施形態の逐次比較型AD変換器のアナログ入力信号Ainとデジタル出力信号Voutとの関係の一例を示す図である。図5において、横軸はアナログ入力信号Ainの信号電圧(以下、「アナログ入力電圧」と称す)であり、縦軸はデジタル出力信号Voutである。
図5に示すように、第1基準電圧VCを中心として、±VFSを入力レンジとする逐次比較型AD変換器1を構成する場合を例に挙げて、比較動作時の比較電圧の設定方法について説明する。
[How to set the comparison voltage during comparison operation]
Here, FIG. 5 is a diagram showing an example of the relationship between the analog input signal Ain and the digital output signal Vout of the successive approximation type AD converter of the first embodiment. In FIG. 5, the horizontal axis is the signal voltage of the analog input signal Ain (hereinafter, referred to as “analog input voltage”), and the vertical axis is the digital output signal Vout.
As shown in FIG. 5, the method of setting the comparison voltage during the comparison operation is described by taking as an example the case where the sequential comparison type AD converter 1 having the first reference voltage VC as the center and ± VFS as the input range is configured. explain.

第1実施形態においては、(n+1)ビットのデジタル出力信号Voutを得るために、比較器104及び114において、それぞれn回の比較動作を行う。以下、DA変換器109から出力される電圧を「第1比較電圧」と称し、DA変換器119から出力される電圧を「第2比較電圧」と称する。
1回目の比較においては、第1比較電圧が「VC+VFS/4」となるように制御値DA0を設定し、第2比較電圧が「VC−VFS/4」となるように制御値DA1を設定する。例えば、「n=4」の場合、「DA0=8」、「DA1=−8」に設定する。
In the first embodiment, in order to obtain the (n + 1) bit digital output signal Vout, the comparators 104 and 114 perform n comparison operations, respectively. Hereinafter, the voltage output from the DA converter 109 is referred to as a "first comparison voltage", and the voltage output from the DA converter 119 is referred to as a "second comparison voltage".
In the first comparison, the control value DA0 is set so that the first comparison voltage is "VC + VFS / 4", and the control value DA1 is set so that the second comparison voltage is "VC-VFS / 4". .. For example, in the case of "n = 4", "DA0 = 8" and "DA1 = -8" are set.

このときの第1比較電圧と第2比較電圧との間隔は、「(VC+VFS/4)−(VC−VFS/4)=VFS/2」となる。
ここで、アナログ入力信号Ainと第1比較電圧との比較結果DO0_1と、アナログ入力信号Ainと第2比較電圧との比較結果DO1_1とは、アナログ入力信号Ainの値によって、下表2のとおりとなる。また、この時点でのデジタル出力コードをVO(1)としDO0_1、DO1_1の値に応じて下表2のように定義する。
The interval between the first comparison voltage and the second comparison voltage at this time is "(VC + VFS / 4)-(VC-VFS / 4) = VFS / 2".
Here, the comparison result DO0_1 between the analog input signal Ain and the first comparison voltage and the comparison result DO1_1 between the analog input signal Ain and the second comparison voltage are as shown in Table 2 below depending on the value of the analog input signal Ain. Become. Further, the digital output code at this point is defined as VO (1) and is defined as shown in Table 2 below according to the values of DO0_1 and DO1-1.

Figure 2020188454
Figure 2020188454

上表2に示すように、「Ain<(VC−VFS/4)」のときは、DO0_1及びDO1_1が共に「0」となり、このときのVO(1)を「−1」と定義する。また、「VC−VFS/4≦Ain<VC+VFS/4」のときは、DO0_1が「0」、DO1_1が「1」となり、このときのVO(1)を「0」と定義する。また、「Ain≧(VC+VFS/4)」のときは、DO0_1及びDO1_1が共に「1」となり、このときのVO(1)を「1」と定義する。 As shown in Table 2 above, when "Ain <(VC-VFS / 4)", both DO0_1 and DO1_1 are "0", and VO (1) at this time is defined as "-1". When "VC-VFS / 4 ≦ Ain <VC + VFS / 4", DO0_1 becomes "0" and DO1_1 becomes "1", and VO (1) at this time is defined as "0". When "Ain ≧ (VC + VFS / 4)", both DO0_1 and DO1_1 are set to "1", and VO (1) at this time is defined as "1".

次に、2回目の比較において、第1及び第2比較電圧の間隔を1回目の間隔の半分にして、より細かな判定を行う。具体的に、1回目の比較結果に従い2回目の第1及び第2比較電圧を以下のとおりに設定する。
1回目の比較結果が「Ain<(VC−VFS/4)」であれば、2回目の比較において、第1比較電圧が「VC−VFS×3/8」となるようにDA0を設定し、第2比較電圧が「VC−VFS×5/8」となるようにDA1を設定する。例えば、「n=4」の場合、「DA0=−12」、「DA1=−20」に設定する。
Next, in the second comparison, the interval between the first and second comparison voltages is set to half the interval of the first comparison, and a finer judgment is made. Specifically, the first and second comparison voltages of the second time are set as follows according to the result of the first comparison.
If the result of the first comparison is "Ain <(VC-VFS / 4)", DA0 is set so that the first comparison voltage is "VC-VFS x 3/8" in the second comparison. DA1 is set so that the second comparison voltage is "VC-VFS x 5/8". For example, in the case of "n = 4", "DA0 = -12" and "DA1 = -20" are set.

また、1回目の比較結果が「VC−VFS/4≦Ain<VC+VFS/4」であれば、2回目の比較において、第1比較電圧が「VC+VFS/8」となるようにDA0を設定し、第2比較電圧が「VC−VFS/8」となるようにDA1を設定する。例えば、「n=4」の場合、「DA0=4」、「DA1=−4」に設定する。
また、1回目の比較結果が「Ain≧(VC+VFS/4)」であれば、2回目の比較において、第1比較電圧が「VC+VFS×5/8」となるようにDA0を設定し、第2比較電圧が「VC+VFS×3/8」となるようにDA1を設定する。例えば、「n=4」の場合、「DA0=20」、「DA1=12」に設定する。
If the first comparison result is "VC-VFS / 4 ≤ Ain <VC + VFS / 4", DA0 is set so that the first comparison voltage is "VC + VFS / 8" in the second comparison. DA1 is set so that the second comparison voltage is "VC-VFS / 8". For example, in the case of "n = 4", "DA0 = 4" and "DA1 = -4" are set.
If the result of the first comparison is "Ain ≥ (VC + VFS / 4)", DA0 is set so that the first comparison voltage is "VC + VFS x 5/8" in the second comparison, and the second comparison is performed. DA1 is set so that the comparison voltage is "VC + VFS x 3/8". For example, in the case of "n = 4", "DA0 = 20" and "DA1 = 12" are set.

2回目の比較結果から得られるデジタル出力コードをVO(2)とし、その値は1回目の比較時と同様に定義する(上表2を参照)。
以下同様に、DA0とDA1との間隔を前回の半分にしてより細かな判定を行う。(n+1)ビットのAD変換結果を得るために、この比較動作をn回繰り返し行い、VO(1)からVO(n)を得る。
最終的なAD変換結果は以下の式(6)により得られる。
Vout=VO(1)・(2n−1)+VO(2)・(2n−2)+・・・+VO(n)
・・・(6)
The digital output code obtained from the second comparison result is defined as VO (2), and its value is defined in the same manner as in the first comparison (see Table 2 above).
Similarly, the interval between DA0 and DA1 is set to half of the previous time, and a finer judgment is made. In order to obtain the AD conversion result of (n + 1) bits, this comparison operation is repeated n times to obtain VO (n) from VO (1).
The final AD conversion result is obtained by the following equation (6).
Vout = VO (1) · (2 n-1 ) + VO (2) · (2 n-2 ) + ... + VO (n)
... (6)

以上の比較動作のうち2回目までを図6に図示する。ここで、図6は、第1実施形態に係る逐次比較型AD変換器の比較動作時の比較電圧と比較動作回数との関係の一例を示す図である。図6では、第1比較電圧の位置を黒塗りの三角印で示し、第2比較電圧の位置を白抜きの三角印で示している。2つの三角印の間隔はその比較時点での最小分解能であり、第1及び第2比較電圧の上下にその最小分解能に相当する幅を持つように縦方向の矢印線を書いている。この矢印線の範囲が、その時点で判定可能なアナログ電圧範囲に相当する。以下、この電圧範囲のことを「比較範囲」と称する。また、この比較範囲において、最大電圧と第1比較電圧との間の区間、第1比較電圧と第2比較電圧との間の区間及び第2比較電圧と最小電圧との間の区間がそれぞれ、特許請求の範囲に記載の「判定区間」に対応する。1回目の比較動作を例にとると、比較範囲は、最大電圧「VC+VFS×3/4」と第1比較電圧「VC+VFS×1/4」との間の区間と、第1比較電圧「VC+VFS×1/4」と第2比較電圧「VC−VFS×1/4」との間の区間と、第2比較電圧「VC−VFS×1/4」と最小電圧「VC−VFS×3/4」との間の区間との3つの判定区間を有している。 Up to the second of the above comparison operations is shown in FIG. Here, FIG. 6 is a diagram showing an example of the relationship between the comparison voltage and the number of comparison operations during the comparison operation of the successive approximation type AD converter according to the first embodiment. In FIG. 6, the position of the first comparison voltage is indicated by a black triangle mark, and the position of the second comparison voltage is indicated by a white triangle mark. The distance between the two triangle marks is the minimum resolution at the time of comparison, and vertical arrow lines are drawn above and below the first and second comparison voltages so as to have a width corresponding to the minimum resolution. The range of this arrow line corresponds to the analog voltage range that can be determined at that time. Hereinafter, this voltage range is referred to as a "comparison range". Further, in this comparison range, the section between the maximum voltage and the first comparison voltage, the section between the first comparison voltage and the second comparison voltage, and the section between the second comparison voltage and the minimum voltage are respectively. Corresponds to the "judgment section" described in the scope of patent claims. Taking the first comparison operation as an example, the comparison range is the section between the maximum voltage "VC + VFS x 3/4" and the first comparison voltage "VC + VFS x 1/4" and the first comparison voltage "VC + VFS x". The section between "1/4" and the second comparison voltage "VC-VFS x 1/4", the second comparison voltage "VC-VFS x 1/4" and the minimum voltage "VC-VFS x 3/4" It has three determination sections with the section between and.

図6に示すように、1回目の比較動作のときと比較して、2回目の比較動作のときの方が比較範囲が半分となっていることが解る。なお、図6には、2回目の比較動作の比較範囲として、3つの比較範囲を図示しているが、実際は、1回目の比較結果に応じていずれか1つの比較範囲が設定される。 As shown in FIG. 6, it can be seen that the comparison range is halved in the second comparison operation as compared with the first comparison operation. Although three comparison ranges are shown in FIG. 6 as the comparison range of the second comparison operation, in reality, any one of the comparison ranges is set according to the result of the first comparison.

[比較動作中のアナログ入力信号Ainの変化に対応する仕組みについて]
ここで、図7は、第1実施形態に係る逐次比較型AD変換器のアナログ入力電圧が変化した場合の比較電圧とアナログ入力電圧との関係の一例を示す図である。
第1実施形態に係る逐次比較型AD変換器1では、比較動作中にアナログ入力信号Ainが変化したときに、これに応じて差分電圧SN0及びSN1も変化するためAD変換結果に誤りが生じる場合がある。これに対して、第1実施形態では、上記説明した比較電圧の設定方法で第1比較電圧及び第2比較電圧を設定することで、AD変換結果に誤りが生じることを低減している。以下、その仕組みについて説明する。
[Mechanism for responding to changes in analog input signal Ain during comparison operation]
Here, FIG. 7 is a diagram showing an example of the relationship between the comparison voltage and the analog input voltage when the analog input voltage of the sequential comparison type AD converter according to the first embodiment changes.
In the sequential comparison type AD converter 1 according to the first embodiment, when the analog input signal Ain changes during the comparison operation, the difference voltages SN0 and SN1 also change accordingly, so that an error occurs in the AD conversion result. There is. On the other hand, in the first embodiment, by setting the first comparison voltage and the second comparison voltage by the method of setting the comparison voltage described above, it is possible to reduce the occurrence of an error in the AD conversion result. The mechanism will be described below.

1回目の比較時のアナログ入力電圧をAin(1)、2回目の比較時のアナログ入力電圧をAin(2)とすると、図7に示すように、2回の比較で得られるデジタル出力コードは、1回目が「VO(1)=1」、2回目が「VO(2)=−1」となる。
ここで、2回目の比較時点で、上式(6)に従って最終出力Voutを計算すると、「Vout=1×2−1=1」となる。
一方、1回目の比較時のアナログ入力電圧が図7中のAin(1)’で2回目の比較時にAin(2)に変化した場合、2回の比較で得られるデジタル出力コードは、1回目が「VO(1)=0」、2回目が「VO(2)=1」となる。即ち、1回目がAin(1)のときと異なる結果が得られる。
Assuming that the analog input voltage at the time of the first comparison is Ain (1) and the analog input voltage at the time of the second comparison is Ain (2), the digital output code obtained by the two comparisons is as shown in FIG. The first time is "VO (1) = 1" and the second time is "VO (2) = -1".
Here, when the final output Vout is calculated according to the above equation (6) at the time of the second comparison, it becomes “Vout = 1 × 2-1 = 1”.
On the other hand, if the analog input voltage at the time of the first comparison changes to Ain (2) at the time of the second comparison with Ain (1)'in FIG. 7, the digital output code obtained by the second comparison is the first. Is "VO (1) = 0", and the second time is "VO (2) = 1". That is, a result different from that when the first time is Ain (1) is obtained.

但し、この場合も、2回目の比較時点で、上式(6)に従って最終出力Voutを計算すると、「Vout=0×2+1=1」となり、1回目がAin(1)のときと同じ結果が得られる。
これは、1回目の比較でのアナログ入力電圧が異なっていても2回目の入力電圧が同じであれば全体としてのAD変換結果は2回目の時点での入力電圧に応じた結果となることを示している。
即ち、本発明では、図7に示すように、アナログ入力電圧がAin(1)の場合の2回目の比較範囲と、Ain(1)’の場合の2回目の比較範囲とが一部重複するように比較範囲を設定している。そのため、Ain(2)がこの重なる範囲内に入る場合は、1回目の比較結果が異なる値となっても最終出力Voutは同じ結果となる。より具体的には、例えば1回目の3つの判定区間のうちの第1判定区間(最大電圧「VC+VFS×3/4」と第1比較電圧「VC+VFS×1/4」との間の区間)における判定結果に基づき設定された2回目の判定時の比較範囲(最大電圧「VC+VFS×7/8」と最小電圧「VC+VFS×1/8」との間の範囲)は、第1判定区間に隣接する第2判定区間(第1比較電圧と第2比較電圧との間の区間)における判定結果に基づき設定された2回目の判定時の比較範囲(最大電圧「VC+VFS×3/8」と最小電圧「VC−VFS×3/8」との間の範囲)と少なくとも一部の範囲(電圧「VC+VFS×3/8」と電圧「VC+VFS1/8」との間の範囲)で重複する電圧範囲となる
However, in this case as well, when the final output Vout is calculated according to the above equation (6) at the time of the second comparison, it becomes "Vout = 0 × 2 + 1 = 1", and the same result as when the first time is Ain (1) is obtained. can get.
This means that even if the analog input voltage in the first comparison is different, if the second input voltage is the same, the overall AD conversion result will be the result according to the input voltage at the second time. Shown.
That is, in the present invention, as shown in FIG. 7, the second comparison range when the analog input voltage is Ain (1) and the second comparison range when the analog input voltage is Ain (1)'partially overlap. The comparison range is set as follows. Therefore, when Ain (2) falls within this overlapping range, the final output Vout has the same result even if the first comparison result has a different value. More specifically, for example, in the first judgment section (the section between the maximum voltage "VC + VFS x 3/4" and the first comparison voltage "VC + VFS x 1/4") of the first three judgment sections. The comparison range at the time of the second judgment (the range between the maximum voltage "VC + VFS x 7/8" and the minimum voltage "VC + VFS x 1/8") set based on the judgment result is adjacent to the first judgment section. Comparison range at the time of the second judgment set based on the judgment result in the second judgment section (section between the first comparison voltage and the second comparison voltage) (maximum voltage "VC + VFS x 3/8" and minimum voltage " The voltage range overlaps between (the range between VC-VFS x 3/8) and at least a part of the range (the range between the voltage "VC + VFS x 3/8" and the voltage "VC + VFS 1/8").

第1実施形態に係る逐次比較型AD変換器1は、この特性を利用して(n+1)ビットのAD変換結果を得るためにn回の比較を実施する回路を構成している。そのため、n回目の比較動作ではn回目の比較時のアナログ入力電圧に相当するAD変換結果を得ることができ、それ以前の比較時のアナログ電圧が多少異なっていても問題とならない。
一方、対比説明として、関連技術の逐次比較型A/D変換器において、アナログ入力電圧が変化した場合の比較動作について説明する。
ここで、図8は、関連技術の逐次比較型A/D変換器の比較動作時の比較電圧と比較動作回数との関係の一例を示す図である。また、図9は、関連技術の逐次比較型A/D変換器のアナログ入力電圧が変化した場合の比較電圧とアナログ入力電圧との関係の一例を示す図である。なお、図8及び図9では、比較電圧の位置を白抜きの三角印で示している。また、比較範囲は、縦方向の矢印線で示している。
The sequential comparison type AD converter 1 according to the first embodiment constitutes a circuit that performs n comparisons in order to obtain an AD conversion result of (n + 1) bits by utilizing this characteristic. Therefore, in the nth comparison operation, an AD conversion result corresponding to the analog input voltage at the time of the nth comparison can be obtained, and there is no problem even if the analog voltage at the time of comparison before that is slightly different.
On the other hand, as a comparison explanation, a comparison operation when the analog input voltage changes in the sequential comparison type A / D converter of the related technology will be described.
Here, FIG. 8 is a diagram showing an example of the relationship between the comparison voltage and the number of comparison operations during the comparison operation of the successive approximation type A / D converter of the related technology. Further, FIG. 9 is a diagram showing an example of the relationship between the comparison voltage and the analog input voltage when the analog input voltage of the sequential comparison type A / D converter of the related technology changes. In addition, in FIG. 8 and FIG. 9, the position of the comparison voltage is indicated by a white triangular mark. The comparison range is indicated by an arrow line in the vertical direction.

関連技術の逐次比較型A/D変換器では、図8に示すように、2回目以降の比較動作に用いられる比較範囲間に重複する範囲部分がない構成となっている。
そのため、図8に示す従来の比較動作において、アナログ入力信号が比較動作中に変化した場合、図9に示すような動作となる。
即ち、1回目の比較時のアナログ入力電圧が図9中のAin(1)で2回目の比較時に同図中のAin(2)に変化した場合、2回の比較で得られるデジタル出力コードは、1回目が「VO(1)=1」、2回目が「VO(2)=0」となる。従って、2回目の時点での最終出力Voutは、「Vout=1×2+0=2」となる。
As shown in FIG. 8, the sequential comparison type A / D converter of the related technology has a configuration in which there is no overlapping range portion between the comparison ranges used for the second and subsequent comparison operations.
Therefore, in the conventional comparison operation shown in FIG. 8, when the analog input signal changes during the comparison operation, the operation is as shown in FIG.
That is, when the analog input voltage at the time of the first comparison changes from Ain (1) in FIG. 9 to Ain (2) in the same figure at the time of the second comparison, the digital output code obtained by the two comparisons is The first time is "VO (1) = 1" and the second time is "VO (2) = 0". Therefore, the final output Vout at the second time is "Vout = 1 × 2 + 0 = 2".

一方、1回目のアナログ入力電圧が図9中のAin(1)’で2回目の比較時に同図中のAin(2)に変化した場合、2回の比較で得られるデジタル出力コードは、1回目が「VO(1)=0」、2回目が「VO(2)=1」となる。従って、2回目の時点での最終出力Voutは、「Vout=0×2+1=1」となる。
即ち、1回目と2回目の比較動作時のアナログ入力電圧が異なると最終出力Voutも異なってしまいA/D変換器としての動作ができない。このため関連技術の逐次比較型A/D変換器では比較動作に入る前にアナログ入力電圧を一旦サンプルホールドし、比較動作はそのホールドされた電圧に基づいて行われる。つまり、サンプル時点から比較動作を経てデジタル出力信号が出力されるまでに比較動作分の遅延が存在する。
On the other hand, if the first analog input voltage is Ain (1)'in FIG. 9 and changes to Ain (2) in the same figure at the time of the second comparison, the digital output code obtained in the two comparisons is 1. The second time is "VO (1) = 0", and the second time is "VO (2) = 1". Therefore, the final output Vout at the second time is "Vout = 0 × 2 + 1 = 1".
That is, if the analog input voltage during the first and second comparison operations is different, the final output Vout will also be different, and the operation as an A / D converter cannot be performed. Therefore, in the sequential comparison type A / D converter of the related technology, the analog input voltage is temporarily sample-held before the comparison operation is started, and the comparison operation is performed based on the held voltage. That is, there is a delay corresponding to the comparison operation from the time of sampling until the digital output signal is output through the comparison operation.

これに対して、第1実施形態に係る逐次比較型AD変換器1は、アナログ入力信号Ainの変化に追従しながら最終比較時のアナログ入力電圧に相当するAD変換結果を直ぐに出力することが可能である。これにより、関連技術の逐次比較型A/D変換器にあるようなサンプルホールドによる変換遅延が存在しない。 On the other hand, the sequential comparison type AD converter 1 according to the first embodiment can immediately output the AD conversion result corresponding to the analog input voltage at the time of final comparison while following the change of the analog input signal Ain. Is. As a result, there is no conversion delay due to sample hold as in the successive approximation type A / D converter of the related technology.

[動作例]
次に、図10(a)に基づき、第1実施形態に係る逐次比較型AD変換器1の動作例を説明する。ここで、図10(a)は、第1実施形態に係る逐次比較型AD変換器を5ビットの出力が得られる構成とした場合の比較動作時のアナログ入力信号波形、比較電圧、クロック信号波形、比較結果及びデジタル出力コードの時間変化の一例を示す図である。
以下、「n=4」として、5ビットの逐次比較型AD変換器1について動作を説明する。なお、スイッチ103a、103c、113a及び113cがオフ状態、スイッチ103b及び113bがオン状態になった後の動作から説明する。
[Operation example]
Next, an operation example of the successive approximation type AD converter 1 according to the first embodiment will be described with reference to FIG. 10A. Here, FIG. 10A shows an analog input signal waveform, a comparison voltage, and a clock signal waveform at the time of comparison operation when the sequential comparison type AD converter according to the first embodiment is configured to obtain a 5-bit output. , The comparison result and an example of the time change of the digital output code.
Hereinafter, the operation of the 5-bit successive approximation type AD converter 1 will be described with “n = 4”. The operation after the switches 103a, 103c, 113a and 113c are in the off state and the switches 103b and 113b are in the on state will be described.

制御回路101は、まず、第1及び第2比較電圧が「VC+VFS/4」及び「VC−VFS/4」となるように制御値DA0及びDA1を、「DA0=8」、「DA1=−8」に設定する(図3を参照)。そして、この制御値DA0及びDA1に基づく制御信号CTRLを、DA変換器109及び119に供給する。この場合、DA変換器109に対する制御値は、NEG、D1、D3、D4、D5が「0」、D2が「1」となり、DA変換器119に対する制御値は、NEG、D2が「1」となり、D1、D3、D4、D5が「0」となる。 The control circuit 101 first sets the control values DA0 and DA1 to "DA0 = 8" and "DA1 = -8" so that the first and second comparison voltages are "VC + VFS / 4" and "VC-VFS / 4". (See Fig. 3). Then, the control signal CTRL based on the control values DA0 and DA1 is supplied to the DA converters 109 and 119. In this case, the control values for the DA converter 109 are "0" for NEG, D1, D3, D4, and D5, "1" for D2, and the control values for the DA converter 119 are "1" for NEG and D2. , D1, D3, D4, D5 become "0".

従って、DA変換器109では、スイッチ103d_1、103d_3、103d_4、103d_5及び103f_2がオン状態となり、DA変換器119では、スイッチ113d_1、113d_3、113d_4、113d_5及び113e_2がオン状態となる。
これにより、ストレージノードSN0には、アナログ入力電圧AinからDA変換器109による第1比較電圧「VC+VFS/4」を減算した差分電圧SN0が保持され、ストレージノードSN1には、アナログ入力電圧AinからDA変換器119による第2比較電圧「VC−VFS/4」を減算した差分電圧SN1が保持される。
Therefore, in the DA converter 109, the switches 103d_1, 103d_3, 103d_4, 103d_5 and 103f_2 are turned on, and in the DA converter 119, the switches 113d_1, 113d_3, 113d_4, 113d_5 and 113e_2 are turned on.
As a result, the storage node SN0 holds the differential voltage SN0 obtained by subtracting the first comparison voltage “VC + VFS / 4” by the DA converter 109 from the analog input voltage Ain, and the storage node SN1 holds the analog input voltage Ain to DA. The difference voltage SN1 obtained by subtracting the second comparison voltage “VC-VFS / 4” by the converter 119 is held.

そして、クロック信号DCLKの立ち上がりエッジに応じて、比較器104において、ストレージノードSN0の差分電圧SN0と参照電圧VCとが比較判定される。同時に、クロック信号DCLKの立ち上がりエッジに応じて、比較器114において、ストレージノードSN1の差分電圧SN1と参照電圧VCとが比較判定される。
図10(a)に示すように、第1比較電圧及び第2比較電圧は共にアナログ入力電圧Ainよりも小さいため、この比較結果「DO0_1=1」及び「DO1_1=1」が、制御回路101及び出力レジスタ102にそれぞれ出力される(上表2を参照)。
これにより、出力レジスタ102では、「DO0_1=1」及び「DO1_1=1」の比較結果からデジタル出力コードVO(1)として「1」を設定する(上表2を参照)。
Then, the differential voltage SN0 of the storage node SN0 and the reference voltage VC are compared and determined in the comparator 104 according to the rising edge of the clock signal DCLK. At the same time, the difference voltage SN1 of the storage node SN1 and the reference voltage VC are compared and determined in the comparator 114 according to the rising edge of the clock signal DCLK.
As shown in FIG. 10A, since both the first comparison voltage and the second comparison voltage are smaller than the analog input voltage Ain, the comparison results “DO0_1 = 1” and “DO1-1 = 1” are the control circuit 101 and Each is output to the output register 102 (see Table 2 above).
As a result, in the output register 102, "1" is set as the digital output code VO (1) from the comparison result of "DO0_1 = 1" and "DO1-1 = 1" (see Table 2 above).

また、制御回路101では、「DO0_1=1」及び「DO1_1=1」の比較結果から、第1比較電圧が「VC+VFS×5/8」となるように制御値DA0を設定し、第2比較電圧が「VC+VFS×3/8」となるように制御値DA1を設定する。具体的に、制御値DA0及びDA1を、「DA0=20」、「DA1=12」に設定する(図3を参照)。そして、この制御値DA0及びDA1に基づく制御信号CTRLを、DA変換器109及び119に供給する。この場合、DA変換器109に対する制御値は、NEG及びD2、D4、D5が「0」、D1及びD3が「1」となり、DA変換器119に対する制御値は、NEG及びD1、D4、D5が「0」となり、D2及びD3が「1」となる。 Further, in the control circuit 101, the control value DA0 is set so that the first comparison voltage is "VC + VFS x 5/8" from the comparison result of "DO0_1 = 1" and "DO1-1 = 1", and the second comparison voltage is set. The control value DA1 is set so that is "VC + VFS x 3/8". Specifically, the control values DA0 and DA1 are set to "DA0 = 20" and "DA1 = 12" (see FIG. 3). Then, the control signal CTRL based on the control values DA0 and DA1 is supplied to the DA converters 109 and 119. In this case, the control values for the DA converter 109 are "0" for NEG and D2, D4 and D5, and "1" for D1 and D3, and the control values for the DA converter 119 are NEG and D1, D4 and D5. It becomes "0", and D2 and D3 become "1".

従って、DA変換器109では、スイッチ103d_2、103d_4、103d_5、103f_1及び103f_3がオン状態となり、DA変換器119では、スイッチ113d_1、113d_4、113d_5、113e_2及び113e_3がオン状態となる。
これにより、ストレージノードSN0には、アナログ入力電圧AinからDA変換器109による第1比較電圧「VC+VFS×5/8」を減算した差分電圧SN0が保持され、ストレージノードSN1には、アナログ入力電圧AinからDA変換器119による第2比較電圧「VC+VFS×3/8」を減算した差分電圧SN1が保持される。
Therefore, in the DA converter 109, the switches 103d_2, 103d_4, 103d_5, 103f_1 and 103f_3 are turned on, and in the DA converter 119, the switches 113d_1, 113d_4, 113d_5, 113e_2 and 113e_3 are turned on.
As a result, the storage node SN0 holds the differential voltage SN0 obtained by subtracting the first comparison voltage “VC + VFS × 5/8” by the DA converter 109 from the analog input voltage Ain, and the storage node SN1 holds the analog input voltage Ain. The differential voltage SN1 obtained by subtracting the second comparison voltage “VC + VFS × 3/8” from the DA converter 119 is held.

そして、クロック信号DCLKの立ち上がりエッジに応じて、比較器104において、差分電圧SN0と参照電圧VCとが比較判定され、比較器114において、差分電圧SN1と参照電圧VCとが比較判定される。図10(a)に示すように、アナログ入力電圧Ainは第1比較電圧よりも小さく第2比較電圧よりも大きいため、この比較結果「DO0_2=0」及び「DO1_2=1」が、制御回路101及び出力レジスタ102にそれぞれ出力される。
これにより、出力レジスタ102では、「DO0_2=0」及び「DO1_2=1」の比較結果からデジタル出力コードVO(2)として「0」を設定する。
Then, the differential voltage SN0 and the reference voltage VC are compared and determined in the comparator 104, and the differential voltage SN1 and the reference voltage VC are compared and determined in the comparator 114 according to the rising edge of the clock signal DCLK. As shown in FIG. 10A, since the analog input voltage Ain is smaller than the first comparison voltage and larger than the second comparison voltage, the comparison results “DO0_2 = 0” and “DO1-2 = 1” are the control circuit 101. And output to the output register 102, respectively.
As a result, in the output register 102, "0" is set as the digital output code VO (2) from the comparison result of "DO0_2 = 0" and "DO1-2 = 1".

以降は、上記同様に、第1比較電圧と第2比較電圧との間隔が前回の半分となるように、制御値DA0及びDA1を、1つ前の比較結果に基づき設定し、比較判定処理を実施する。
図10(a)に示すように、3回目の比較判定では、「DO0_3=1」及び「DO1_3=1」が得られ、出力レジスタ102では、デジタル出力コードVO(3)として「1」が設定される。最後に、4回目の比較判定では、「DO0_4=0」及び「DO1_4=1」が得られる。
そして、出力レジスタ102は、デジタル出力コードVO(1)〜VO(4)から、上式(6)に従って、最終出力Voutとして、「Vout=1×23+0×22+1×21
+0=10」を演算する。
この最終出力Voutは、最終比較時点のアナログ入力信号AinのAD変換結果となる。
After that, in the same manner as described above, the control values DA0 and DA1 are set based on the previous comparison result so that the interval between the first comparison voltage and the second comparison voltage is halved from the previous time, and the comparison determination process is performed. carry out.
As shown in FIG. 10A, "DO0_3 = 1" and "DO1_3 = 1" are obtained in the third comparison determination, and "1" is set as the digital output code VO (3) in the output register 102. Will be done. Finally, in the fourth comparison determination, "DO0_4 = 0" and "DO1_4 = 1" are obtained.
Then, from the digital output codes VO (1) to VO (4), the output register 102 sets the final output Vout according to the above equation (6) as “Vout = 1 × 2 3 + 0 × 2 2 +1 × 2 1”.
+0 = 10 ”is calculated.
This final output Vout is the AD conversion result of the analog input signal Ain at the time of final comparison.

一方、図10(b)は、第1実施形態に係る逐次比較型AD変換器を6ビットの出力が得られる構成とした場合の比較動作時のアナログ入力信号波形、比較電圧、クロック信号波形、比較結果及びデジタル出力コードの時間変化の一例を示す図である。
図10(b)に示す内容は、図21に示す関連技術の6ビット出力の逐次比較型A/D変換器に合わせたものとなっている。基本的な動作内容は、上述した5ビットの逐次比較型AD変換器1と同様となる。
On the other hand, FIG. 10B shows an analog input signal waveform, a comparison voltage, and a clock signal waveform at the time of comparison operation when the sequential comparison type AD converter according to the first embodiment is configured to obtain a 6-bit output. It is a figure which shows the comparison result and an example of time change of a digital output code.
The content shown in FIG. 10B is adapted to the 6-bit output sequential comparison type A / D converter of the related technology shown in FIG. 21. The basic operation content is the same as that of the 5-bit sequential comparison type AD converter 1 described above.

第1実施形態に係る6ビット出力の逐次比較型AD変換器1では、図10(b)に示すように、1回目の比較判定で、「DO0_1=DO1_1=1」、「VO(1)=1」が得られ、2回目の比較判定で、「DO0_2=0」、「DO1_2=1」、「VO(2)=0」が得られる。加えて、3回目の比較判定で、「DO0_3=DO1_3=1」、「VO(3)=1」が得られ、4回目の比較判定で、「DO0_4=0」、「DO1_4=1」、「VO(4)=0」が得られる。そして、最後の5回目の比較判定で、「DO0_5=1」、「DO1_5=1」、「VO(5)=1」が得られる。
これにより、最終出力Voutとして、上式(6)に従って、「Vout=1×24+0×23+1×22+0×21+1=21」が得られる。
In the 6-bit output sequential comparison type AD converter 1 according to the first embodiment, as shown in FIG. 10B, in the first comparison determination, "DO0_1 = DO1-1 = 1", "VO (1) =""1" is obtained, and "DO0_2 = 0", "DO1-2 = 1", and "VO (2) = 0" are obtained in the second comparison determination. In addition, "DO0_3 = DO1_3 = 1" and "VO (3) = 1" were obtained in the third comparison judgment, and "DO0_4 = 0", "DO1_4 = 1" and "DO1_4 = 1" were obtained in the fourth comparison judgment. VO (4) = 0 ”is obtained. Then, in the final fifth comparison determination, "DO0_5 = 1", "DO1_5 = 1", and "VO (5) = 1" are obtained.
As a result, as the final output Vout, "Vout = 1 × 2 4 + 0 × 2 3 + 1 × 2 2 + 0 × 2 1 + 1 = 21" is obtained according to the above equation (6).

一方、図21に示す関連技術の6ビットの逐次比較型A/D変換器では、6回の比較動作による比較結果として、「D1=1」、「D2=1」、「D3=0」、「D4=1」、「D5=0」、「D6=1」が得られる。即ち、2進数表現で「010101」が得られる。なお、2の補数表現のため最上位ビット(D1)のみ「1」を「0」に反転している。
従って、最終出力Voutとして、「Vout=0×25+1×24+0×23+1×22+0×21+1=21」が得られる。
図10(b)に示す例では、最終比較時点のアナログ入力電圧Ainが、図21に示す従来構成のサンプル時点のアナログ入力電圧Ainと等しくなっているため、両者の最終出力が一致している。
On the other hand, in the 6-bit successive approximation type A / D converter of the related technology shown in FIG. 21, as the comparison result by the comparison operation of 6 times, "D1 = 1", "D2 = 1", "D3 = 0", “D4 = 1”, “D5 = 0”, and “D6 = 1” are obtained. That is, "010101" is obtained in binary notation. Note that "1" is inverted to "0" only in the most significant bit (D1) because of the two's complement representation.
Therefore, as the final output Vout, "Vout = 0 × 2 5 + 1 × 2 4 + 0 × 2 3 + 1 × 2 2 + 0 × 2 1 + 1 = 21" is obtained.
In the example shown in FIG. 10B, the analog input voltage Ain at the time of final comparison is equal to the analog input voltage Ain at the time of the sample of the conventional configuration shown in FIG. 21, so that the final outputs of both are the same. ..

[第1実施形態の作用及び効果]
第1実施形態に係る逐次比較型AD変換器1は、受信回路107及び117が、アナログ入力信号Ainを受信し、アナログ入力信号Ainに応じたアナログ入力信号AinOを出力する。減算器108a及び118aが、n回の逐次変換の各回におけるアナログ入力信号AinOと、制御値DA0及びDA1をDA変換したアナログの比較信号(第1及び第2比較電圧)との差分信号(差分電圧SN0及びSN1)を算出する。比較器104及び114が、差分電圧SN0及びSN1の電圧が参照電圧VCよりも高いか否かを判定する。制御回路101が、比較器104及び114の比較結果DO0及びDO1に基づき、アナログ入力信号AinOに対応するデジタル出力信号Voutを演算する。更に、制御回路101が、比較器104及び114の各回の比較結果DO0及びDO1に基づいて、アナログの比較信号(第1及び第2比較電圧)がアナログ入力信号AinOに近づくように制御値DA0及びDA1を更新する。DA変換器109及び119は、制御値DA0及びDA1をアナログの比較信号(第1及び第2比較電圧)に変換する。出力レジスタ102が、比較器104及び114の比較結果DO0及びDO1に基づき、デジタル出力信号を出力する。
[Action and effect of the first embodiment]
In the sequential comparison type AD converter 1 according to the first embodiment, the receiving circuits 107 and 117 receive the analog input signal Ain and output the analog input signal AinO corresponding to the analog input signal Ain. The subtractors 108a and 118a use a difference signal (difference voltage) between the analog input signal AinO in each of the n successive conversions and the analog comparison signal (first and second comparison voltage) obtained by DA-converting the control values DA0 and DA1. SN0 and SN1) are calculated. The comparators 104 and 114 determine whether the voltages of the differential voltages SN0 and SN1 are higher than the reference voltage VC. The control circuit 101 calculates the digital output signal Vout corresponding to the analog input signal AinO based on the comparison results DO0 and DO1 of the comparators 104 and 114. Further, the control circuit 101 sets the control values DA0 and so that the analog comparison signals (first and second comparison voltages) approach the analog input signals AinO based on the comparison results DO0 and DO1 of the comparators 104 and 114 each time. Update DA1. The DA converters 109 and 119 convert the control values DA0 and DA1 into analog comparison signals (first and second comparison voltages). The output register 102 outputs a digital output signal based on the comparison results DO0 and DO1 of the comparators 104 and 114.

つまり、逐次比較型AD変換器1は、第1〜第m(本実施形態では、m=2)の受信回路107及び117と、第1〜第m(本実施形態では、m=2)の比較器104及び114と、第1〜第m(本実施形態では、m=2)のDA変換器109及び119と、第1〜第m(本実施形態では、m=2)の減算器108a及び118aと、を備えている。制御回路101は、比較器104及び114の逐次変換するタイミングにおける比較結果DO0及びDO1に基づいて、DA変換器109及び119にそれぞれ対応する制御値DA0及びDA1を更新し、出力レジスタ102は、比較器104及び114の比較結果DO0及びDO1に基づいて、デジタル出力信号Voutを演算する。 That is, the sequential comparison type AD converter 1 has the receiving circuits 107 and 117 of the first to mth (m = 2 in the present embodiment) and the first to mth (m = 2 in the present embodiment). The comparators 104 and 114, the first to m (m = 2 in this embodiment) DA converters 109 and 119, and the first to m (m = 2 in this embodiment) subtractors 108a. And 118a. The control circuit 101 updates the control values DA0 and DA1 corresponding to the DA converters 109 and 119, respectively, based on the comparison results DO0 and DO1 at the timing of sequential conversion of the comparators 104 and 114, and the output register 102 compares. The digital output signal Vout is calculated based on the comparison results DO0 and DO1 of the instruments 104 and 114.

更に、第1実施形態に係る逐次比較型AD変換器1は、アナログ入力信号Ainが入力されるスイッチ103cを備える。加えて、逐次比較型AD変換器1は、第1基準電圧VCを有する第1基準電圧端子VCと、第1基準電圧VCを基準として正側の第2基準電圧VRPを有する第2基準電圧端子VRPと、第1基準電圧VCを基準として負側の第3基準電圧VRNを有する第3基準電圧端子VRNとを備える。加えて、受信回路107が、静電容量がCinのキャパシタを有する。 Further, the sequential comparison type AD converter 1 according to the first embodiment includes a switch 103c to which an analog input signal Ain is input. In addition, the successive approximation type AD converter 1 has a first reference voltage terminal VC having a first reference voltage VC and a second reference voltage terminal having a second reference voltage VRP on the positive side with respect to the first reference voltage VC. It includes a VRP and a third reference voltage terminal VRN having a third reference voltage VRN on the negative side with respect to the first reference voltage VC. In addition, the receiving circuit 107 has a capacitor with a capacitance of Cin.

更に、第1実施形態に係る逐次比較型AD変換器1は、DA変換器109が、各一端がストレージノードSN0に接続されたキャパシタ106_1〜106_(n+1)と、制御値DA0のデジタル信号に応じてキャパシタ106_1〜106_(n+1)の各他端を第1基準電圧端子VC、第2基準電圧端子VRPまたは第3基準電圧端子VRNに接続するスイッチ群105_1〜105_(n+1)と、を有する。また、DA変換器119が、各一端がストレージノードSN1に接続されたキャパシタ116_1〜116_(n+1)と、制御値DA1のデジタル信号に応じてキャパシタ116_1〜116_(n+1)の各他端を第1基準電圧端子VC、第2基準電圧端子VRPまたは第3基準電圧端子VRNに接続するスイッチ群115_1〜115_(n+1)と、を有する。また、キャパシタ106_1〜106_(n+1)及び116_1〜116_(n+1)のうちキャパシタ106_K及び116_K(Kは、1≦K≦(n+1)の自然数)の容量値が、キャパシタ106_(n+1)及び116_(n+1)の容量値を2の((n+1)−k)乗倍した値となるように構成した。 Further, in the sequential comparison type AD converter 1 according to the first embodiment, the DA converter 109 responds to the capacitors 106_1 to 106_ (n + 1) whose ends are connected to the storage node SN0 and the digital signal of the control value DA0. It has a switch group 105_1 to 105_ (n + 1) that connects the other ends of the capacitors 106_1 to 106_ (n + 1) to the first reference voltage terminal VC, the second reference voltage terminal VRP, or the third reference voltage terminal VRN. Further, the DA converter 119 first sets the other ends of the capacitors 116_1 to 116_ (n + 1), one end of which is connected to the storage node SN1, and the other ends of the capacitors 116_1 to 116_ (n + 1) according to the digital signal of the control value DA1. It has a reference voltage terminal VC, a second reference voltage terminal VRP, or a group of switches 115_1 to 115_ (n + 1) connected to the third reference voltage terminal VRN. Further, among the capacitors 106_1 to 106_ (n + 1) and 116_1 to 116_ (n + 1), the capacitance values of the capacitors 106_K and 116_K (K is a natural number of 1 ≦ K ≦ (n + 1)) are the capacitors 106_ (n + 1) and 116_ (n + 1). ) Is multiplied by 2 ((n + 1) -k) to obtain a value.

この構成であれば、受信回路107及び117においてアナログ入力信号Ainを受信すると、受信したアナログ入力信号Ainに応じたアナログ入力信号AinOをストレージノードSN0及びSN1に出力することが可能である。即ち、入力信号をサンプルホールドすることなく、入力信号に応じた信号がそのままストレージノードSN0及びSN1に出力される。これにより、比較器104及び114にて、リアルタイムに変化するアナログ入力信号AinOに対して比較処理を行うことが可能となる。その結果、従来と比較してサンプルホールドによる遅延を無くすことが可能となり、変換速度を向上することが可能となる。 With this configuration, when the analog input signal Ain is received by the receiving circuits 107 and 117, the analog input signal AinO corresponding to the received analog input signal Ain can be output to the storage nodes SN0 and SN1. That is, the signal corresponding to the input signal is directly output to the storage nodes SN0 and SN1 without sample-holding the input signal. As a result, the comparators 104 and 114 can perform comparison processing on the analog input signal AinO that changes in real time. As a result, it is possible to eliminate the delay due to the sample hold as compared with the conventional case, and it is possible to improve the conversion speed.

また、第1実施形態に係る逐次比較型AD変換器1では、更に、制御回路101が、DA変換器109及び119の比較結果DO0及びDO1に基づいて、アナログ入力信号AinOを判定する際の複数の判定区間を有する比較範囲を設定する。制御回路101が、比較器104及び114のj回目(jは1≦j≦nの自然数、以下同じ)の複数の判定区間のうちの第1判定区間における比較結果DO0_j及びDO1_jに基づき設定された(j+1)回目の判定時の比較範囲が、j回目の複数の判定区間のうちの一の判定区間であって当該第1判定区間に隣接する第2判定区間における比較結果DO0及びDO1に基づき設定された(j+1)回目の判定時の比較範囲と少なくとも一部の範囲が重複する比較範囲となるようにDA変換器109及び119にそれぞれ対応する制御値DA0及びDA1を更新演算する。 Further, in the sequential comparison type AD converter 1 according to the first embodiment, the control circuit 101 further determines a plurality of analog input signals AinO based on the comparison results DO0 and DO1 of the DA converters 109 and 119. A comparison range having a judgment interval of is set. The control circuit 101 was set based on the comparison results DO0_j and DO1_j in the first determination section of the plurality of determination sections of the comparators 104 and 114 jth time (j is a natural number of 1 ≦ j ≦ n, the same applies hereinafter). (J + 1) The comparison range at the time of the first judgment is set based on the comparison results DO0 and DO1 in the second judgment section adjacent to the first judgment section, which is one of the judgment sections of the jth plurality of judgment sections. The control values DA0 and DA1 corresponding to the DA converters 109 and 119 are updated so that at least a part of the comparison range at the time of the (j + 1) th determination overlaps.

具体的に、制御回路101が、(j+1)回目の判定時において、比較範囲の幅が、j回目の判定時の比較範囲の幅の半分の幅となるようにDA変換器109及び119にそれぞれ対応する制御値DA0及びDA1を更新する。 Specifically, the control circuit 101 sets the DA converters 109 and 119 so that the width of the comparison range at the time of the (j + 1) th determination is half the width of the comparison range at the time of the jth determination, respectively. The corresponding control values DA0 and DA1 are updated.

この構成であれば、比較器104及び114の、j回目の比較動作における、アナログ入力信号AinOの比較範囲と、(j+1)回目の比較判定動作時におけるアナログ入力信号AinOの比較範囲とが一部重複するように比較範囲を設定することが可能となる。これにより、(j+1)回目の比較動作時におけるアナログ入力信号AinOがこの重なる範囲内に入る場合は、j回目以前の比較結果が多少異なる値となっても最終出力Voutを同じ結果にすることが可能となる。その結果、アナログ入力電圧AinOが変化した場合のAD変換結果に誤りが生じることを低減することが可能となる。 With this configuration, the comparison range of the analog input signal AinO in the j-th comparison operation of the comparators 104 and 114 and the comparison range of the analog input signal AinO in the (j + 1) th comparison judgment operation are partially divided. It is possible to set the comparison range so that they overlap. As a result, when the analog input signal AinO at the time of the (j + 1) th comparison operation falls within this overlapping range, the final output Vout can be the same even if the comparison results before the jth th are slightly different values. It will be possible. As a result, it is possible to reduce the occurrence of an error in the AD conversion result when the analog input voltage AinO changes.

〔第2実施形態〕
次に、図11及び図12に基づき、本発明の第2実施形態を説明する。
ここで、図11は、第2実施形態に係るシングルエンド構成の逐次比較型AD変換器の基本構成を示す図であり、図12は、第2実施形態に係るシングルエンド構成の逐次比較型AD変換器の具体的な構成を示す図である。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 11 and 12.
Here, FIG. 11 is a diagram showing a basic configuration of a single-ended sequential comparison AD converter according to the second embodiment, and FIG. 12 is a diagram showing a single-ended sequential comparison AD converter according to the second embodiment. It is a figure which shows the specific structure of a converter.

[構成]
上記第1実施形態では、比較用スイッチドキャパシタ回路と比較器の組を2組備え、これら2組で並列に比較動作を行う構成とした。第2実施形態は、比較用スイッチドキャパシタ回路と比較器の組を1組として、上記第1実施形態で並列に行っていた比較動作を1組で時分割して行う点が上記第1実施形態と異なる。
以下、上記第1実施形態と同様の構成部については同じ符号を付して適宜説明を省略し、異なる点を詳細に説明する。
[Constitution]
In the first embodiment, two sets of a switched capacitor circuit for comparison and a comparator are provided, and these two sets perform a comparison operation in parallel. In the second embodiment, a set of a switched capacitor circuit for comparison and a comparator is set as one set, and the comparison operation performed in parallel in the first embodiment is time-divisioned into one set. Different from the form.
Hereinafter, the same components as those in the first embodiment will be designated by the same reference numerals, description thereof will be omitted as appropriate, and different points will be described in detail.

第2実施形態に係る逐次比較型AD変換器1Bは、図11及び図12に示すように、上記第1実施形態の逐次比較型AD変換器1において、比較用スイッチドキャパシタ回路118及び比較器114を除外した構成となっている。
第2実施形態の制御回路101は、まず、制御値DA0を演算し、演算した制御値DA0に基づく制御信号CTRLを比較用スイッチドキャパシタ回路108に供給する。これにより、DA変換器109は、制御値DA0をDA変換してなる第1比較電圧を生成し、生成した第1比較電圧をストレージノードSNに出力する。ここで、制御値DA0の演算(設定)方法は上記第1実施形態と同様となる。
As shown in FIGS. 11 and 12, the sequential comparison type AD converter 1B according to the second embodiment is the comparison switched capacitor circuit 118 and the comparator in the sequential comparison type AD converter 1 of the first embodiment. The configuration excludes 114.
The control circuit 101 of the second embodiment first calculates the control value DA0, and supplies the control signal CTRL based on the calculated control value DA0 to the comparative switched capacitor circuit 108. As a result, the DA converter 109 generates a first comparison voltage obtained by DA-converting the control value DA0, and outputs the generated first comparison voltage to the storage node SN. Here, the calculation (setting) method of the control value DA0 is the same as that of the first embodiment.

第2実施形態の比較器104は、受信回路107からストレージノードSNに出力されたアナログ入力電圧AinとDA変換器109からストレージノードSNに出力された第1比較電圧との差分電圧SN(上記第1実施形態の差分電圧SN0に相当)と参照電圧VCとを比較する。そして、この比較結果DO(上記第1実施形態のDO0に相当)を、制御回路101及び出力レジスタ102に出力する。
第2実施形態の制御回路101及び出力レジスタ102は、比較器104から入力された比較結果DOを保持する。以下、各比較動作における1回目の比較結果を「DO0」と称す。
The comparator 104 of the second embodiment is a differential voltage SN between the analog input voltage Ain output from the receiving circuit 107 to the storage node SN and the first comparison voltage output from the DA converter 109 to the storage node SN (the above-mentioned first). 1) The difference voltage SN0 of the embodiment) is compared with the reference voltage VC. Then, the comparison result DO (corresponding to DO0 of the first embodiment) is output to the control circuit 101 and the output register 102.
The control circuit 101 and the output register 102 of the second embodiment hold the comparison result DO input from the comparator 104. Hereinafter, the result of the first comparison in each comparison operation is referred to as "DO0".

引き続き、制御回路101は、制御値DA1を演算し、演算した制御値DA1に基づく制御信号CTRLを比較用スイッチドキャパシタ回路108に供給する。これにより、DA変換器109は、制御値DA1をDA変換してなる第2比較電圧を生成し、生成した第2比較電圧をストレージノードSNに出力する。ここで、制御値DA1の演算(設定)方法は上記第1実施形態と同様となる。
比較器104は、受信回路107からストレージノードSNに出力されたアナログ入力電圧AinとDA変換器109からストレージノードSNに出力された第2比較電圧との差分電圧SN(上記第1実施形態の差分電圧SN1に相当)と参照電圧VCとを比較する。そして、この比較結果DO(上記第1実施形態のDO1に相当)を、制御回路101及び出力レジスタ102に出力する。以下、各比較動作における2回目の比較結果DOを「DO1」と称す。
Subsequently, the control circuit 101 calculates the control value DA1 and supplies the control signal CTRL based on the calculated control value DA1 to the comparative switched capacitor circuit 108. As a result, the DA converter 109 generates a second comparison voltage obtained by DA-converting the control value DA1 and outputs the generated second comparison voltage to the storage node SN. Here, the calculation (setting) method of the control value DA1 is the same as that of the first embodiment.
The comparator 104 is a differential voltage SN between the analog input voltage Ain output from the receiving circuit 107 to the storage node SN and the second comparative voltage output from the DA converter 109 to the storage node SN (difference in the first embodiment). The voltage SN1) is compared with the reference voltage VC. Then, the comparison result DO (corresponding to DO1 of the first embodiment) is output to the control circuit 101 and the output register 102. Hereinafter, the second comparison result DO in each comparison operation is referred to as "DO1".

第2実施形態の制御回路101は、比較器104から順に入力された比較結果DO0及びDO1に基づき、上記第1実施形態と同様の方法で制御値DA0及びDA1を更新する。
また、第2実施形態の出力レジスタ102は、比較器104から入力された比較結果DO0及びDO1に基づき、上記第1実施形態と同様の方法でデジタル出力コードVOを演算する。
The control circuit 101 of the second embodiment updates the control values DA0 and DA1 in the same manner as in the first embodiment based on the comparison results DO0 and DO1 sequentially input from the comparator 104.
Further, the output register 102 of the second embodiment calculates the digital output code VO by the same method as that of the first embodiment based on the comparison results DO0 and DO1 input from the comparator 104.

[第2実施形態の作用及び効果]
第2実施形態に係る逐次比較型AD変換器1Bは、上記第1実施形態の逐次比較型AD変換器1において、比較用スイッチドキャパシタ回路118及び比較器114を除外した構成となっている。そして、比較用スイッチドキャパシタ回路108及び比較器104の1組が、上記第1実施形態で並列に行っていた各回の比較動作を時分割に2回に分けて行う構成となっている。
この構成であれば、上記第1実施形態と比較して変換動作は長くなるが、変換誤差を抑えつつ、サンプルホールドによる変換遅延を無くすことが可能となり、従来と比較して変換速度を向上することが可能となる。また、上記第1実施形態の逐次比較型AD変換器1と比較して、回路規模を小さくすることが可能となる。
[Action and effect of the second embodiment]
The sequential comparison type AD converter 1B according to the second embodiment has a configuration in which the comparative switched capacitor circuit 118 and the comparator 114 are excluded from the sequential comparison type AD converter 1 of the first embodiment. Then, one set of the comparative switched capacitor circuit 108 and the comparator 104 is configured to perform each comparison operation performed in parallel in the first embodiment by dividing it into two time divisions.
With this configuration, the conversion operation becomes longer as compared with the first embodiment, but it is possible to eliminate the conversion delay due to the sample hold while suppressing the conversion error, and the conversion speed is improved as compared with the conventional case. It becomes possible. Further, the circuit scale can be reduced as compared with the successive approximation type AD converter 1 of the first embodiment.

〔第3実施形態〕
次に、図13に基づき、本発明の第3実施形態を説明する。
ここで、図13は、第3実施形態の逐次比較型AD変換器の具体的な構成を示す図である。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
Here, FIG. 13 is a diagram showing a specific configuration of the successive approximation type AD converter of the third embodiment.

[構成]
上記第1実施形態では、DA変換器109及び119を複数のキャパシタによって比較電圧を生成する構成とした。第3実施形態では、DA変換器が、複数のキャパシタに代えて複数の抵抗(抵抗ラダー)によって比較電圧を生成する点が上記第1実施形態と異なる。
以下、上記第1実施形態と同様の構成部については同じ符号を付して適宜説明を省略し、異なる点を詳細に説明する。
[Constitution]
In the first embodiment, the DA converters 109 and 119 are configured to generate a comparative voltage by a plurality of capacitors. The third embodiment is different from the first embodiment in that the DA converter generates a comparative voltage by a plurality of resistors (resistor ladders) instead of the plurality of capacitors.
Hereinafter, the same components as those in the first embodiment will be designated by the same reference numerals, description thereof will be omitted as appropriate, and different points will be described in detail.

第3実施形態に係る逐次比較型AD変換器2は、図13に示すように、制御回路201と、出力レジスタ202と、比較器204及び214と、比較用抵抗ラダー型DA変換回路208及び218と、を備える。
比較用抵抗ラダー型DA変換回路208は、スイッチ203a、203b及び203cと、受信回路207と、ストレージノードSN0と、DA変換器209とを備える。ここで、スイッチ203cは特許請求の範囲に記載の第1スイッチ回路に対応する。
受信回路207は、上記第1実施形態の受信回路107と同様に、静電容量が容量値Cinに設定されたキャパシタを有している。
As shown in FIG. 13, the sequential comparison type AD converter 2 according to the third embodiment includes a control circuit 201, an output register 202, a comparator 204 and 214, and a comparison resistor ladder type DA conversion circuit 208 and 218. And.
The comparative resistor ladder type DA conversion circuit 208 includes switches 203a, 203b and 203c, a reception circuit 207, a storage node SN0, and a DA converter 209. Here, the switch 203c corresponds to the first switch circuit described in the claims.
The receiving circuit 207 has a capacitor whose capacitance is set to the capacitance value Cin, similarly to the receiving circuit 107 of the first embodiment.

DA変換器209は、複数のスイッチを有するスイッチ群205と、キャパシタ206と、直列接続された複数の抵抗素子を有する抵抗ラダー210とを備える。ここで、スイッチ群205は特許請求の範囲に記載の第2スイッチ回路に対応し、キャパシタ206は特許請求の範囲に記載の第2容量素子に対応する。
キャパシタ206は、静電容量が容量値Cに設定されたキャパシタであり、その右端はストレージノードSN0と受信回路207の右端とスイッチ203aの上端との接続点に接続されている。
The DA converter 209 includes a switch group 205 having a plurality of switches, a capacitor 206, and a resistance ladder 210 having a plurality of resistance elements connected in series. Here, the switch group 205 corresponds to the second switch circuit described in the claims, and the capacitor 206 corresponds to the second capacitance element described in the claims.
The capacitor 206 is a capacitor whose capacitance is set to the capacitance value C, and its right end is connected to a connection point between the storage node SN0, the right end of the receiving circuit 207, and the upper end of the switch 203a.

スイッチ群205は、複数のスイッチを備え、図13に示すように、同図中の一番上のスイッチの左端が第1基準電圧端子VCに接続されている。また、残りの各スイッチの左端が抵抗ラダー210を構成する複数の抵抗素子の素子同士の各接続部に形成された複数の端子(以下、「抵抗接続端子」と称す)のうちの対応する1つにそれぞれ接続されている。スイッチ群205の複数のスイッチの各スイッチの右端は、他のスイッチの右端及びキャパシタ206の左端に接続されている。
抵抗ラダー210の直列接続された複数の抵抗素子のうち図13中の一番上の抵抗素子の上端は第2基準電圧端子VRPに接続され、図13中の一番下の抵抗素子の下端は第3基準電圧端子VRNに接続されている。
The switch group 205 includes a plurality of switches, and as shown in FIG. 13, the left end of the top switch in the figure is connected to the first reference voltage terminal VC. Further, the left end of each of the remaining switches corresponds to one of a plurality of terminals (hereinafter referred to as “resistor connection terminals”) formed at each connection portion between the elements of the plurality of resistance elements constituting the resistance ladder 210. Each is connected to one. The right end of each switch of the plurality of switches of the switch group 205 is connected to the right end of the other switch and the left end of the capacitor 206.
Of the plurality of resistance elements connected in series of the resistance ladder 210, the upper end of the top resistance element in FIG. 13 is connected to the second reference voltage terminal VRP, and the lower end of the bottom resistance element in FIG. 13 is It is connected to the third reference voltage terminal VRN.

なお、第3実施形態において、抵抗ラダー210の複数の抵抗素子は、いずれも同じ抵抗値Rを有する素子から構成され、スイッチ203a〜203c及びスイッチ群205の複数のスイッチは、MOSトランジスタなどのスイッチング素子から構成されている。
また、スイッチ群205の複数のスイッチは、それぞれの右端が接続された共通端子Oを備え、一番上のスイッチの左端には端子Cが形成されている。また、上から二番目以降から第1基準電圧VCまでの電位に対応する各スイッチの左端には端子Pが形成され、以降の第3基準電圧VRNまでの電位に対応する各スイッチの左端には端子Nが形成されている。
In the third embodiment, the plurality of resistance elements of the resistance ladder 210 are all composed of elements having the same resistance value R, and the plurality of switches 203a to 203c and the switch group 205 are switching such as MOS transistors. It is composed of elements.
Further, the plurality of switches of the switch group 205 include a common terminal O to which the right end of each is connected, and a terminal C is formed at the left end of the top switch. Further, a terminal P is formed at the left end of each switch corresponding to the potentials from the second from the top to the first reference voltage VC, and at the left end of each switch corresponding to the potentials up to the third reference voltage VRN thereafter. The terminal N is formed.

スイッチ群205の複数のスイッチは、制御回路201からの制御信号CTRLに応じてオン・オフの状態を切り替え、端子C及び端子O、端子P及び端子O、並びに端子N及び端子Oとのいずれか1つ又は複数を短絡する。これにより、キャパシタ206の左端は、第1基準電圧端子VCに接続されるか、又は端子Pに接続された抵抗接続端子のいずれか若しくは端子Nに接続された抵抗接続端子のいずれかに接続される。
ストレージノードSN0は、キャパシタ206の右端と、比較器204の非反転入力端子と、スイッチ203aの上端と、受信回路207を構成するキャパシタ(以下、「キャパシタ207」とも称す)の右端との接続点に形成された、電荷を保存可能なノードである。
The plurality of switches of the switch group 205 switch the on / off state according to the control signal CTRL from the control circuit 201, and either terminal C and terminal O, terminal P and terminal O, and terminal N and terminal O. Short one or more. As a result, the left end of the capacitor 206 is connected to either the first reference voltage terminal VC, the resistance connection terminal connected to the terminal P, or the resistance connection terminal connected to the terminal N. To.
The storage node SN0 is a connection point between the right end of the capacitor 206, the non-inverting input terminal of the comparator 204, the upper end of the switch 203a, and the right end of the capacitor (hereinafter, also referred to as “capacitor 207”) constituting the receiving circuit 207. It is a node that can store electric charge formed in.

なお、上記説明した各種キャパシタ206及び207並びに各種スイッチの接続構成によって、スイッチ203a及び203bをオフ状態にし、スイッチ203cをオン状態にしたときに、上記第1実施形態の減算器108aと同等の機能が発揮される。即ち、この接続状態において、ストレージノードSN0には、キャパシタ207の保持電圧(アナログ入力信号Ainの電圧)に、キャパシタ206の保持電圧(DA変換器209の出力電圧)を極性に応じて加減した電圧である差分電圧SN0が保持される。 According to the connection configurations of the various capacitors 206 and 207 and the various switches described above, when the switches 203a and 203b are turned off and the switch 203c is turned on, the functions equivalent to those of the subtractor 108a of the first embodiment are obtained. Is demonstrated. That is, in this connected state, the storage node SN0 is a voltage obtained by adding or subtracting the holding voltage of the capacitor 206 (the output voltage of the DA converter 209) to the holding voltage of the capacitor 207 (the voltage of the analog input signal Ain) according to the polarity. The differential voltage SN0 is held.

スイッチ203aは、MOSトランジスタなどのスイッチング素子から構成され、上端がストレージノードSN0に接続され、下端が第1基準電圧端子VCに接続されている。そして、制御回路201からの制御信号CTRLに応じてオン・オフの状態を切り替え、オン状態のときに、ストレージノードSN0を第1基準電圧端子VCに接続する。
スイッチ203bは、MOSトランジスタなどのスイッチング素子から構成され、右端がスイッチ203cの右端と、受信回路207の左端とにそれぞれ接続され、左端が第1基準電圧端子VCに接続されている。そして、制御回路201からの制御信号CTRLに応じてオン・オフの状態を切り替え、オン状態のときに、受信回路207の左端を第1基準電圧端子VCに接続する。
The switch 203a is composed of a switching element such as a MOS transistor, its upper end is connected to the storage node SN0, and its lower end is connected to the first reference voltage terminal VC. Then, the on / off state is switched according to the control signal CTRL from the control circuit 201, and the storage node SN0 is connected to the first reference voltage terminal VC in the on state.
The switch 203b is composed of a switching element such as a MOS transistor, the right end of which is connected to the right end of the switch 203c and the left end of the receiving circuit 207, and the left end of which is connected to the first reference voltage terminal VC. Then, the on / off state is switched according to the control signal CTRL from the control circuit 201, and when the on / off state, the left end of the receiving circuit 207 is connected to the first reference voltage terminal VC.

スイッチ203cは、MOSトランジスタなどのスイッチング素子から構成され、右端がスイッチ203bの右端と受信回路207の左端とに接続され、左端がアナログ入力信号Ainの信号入力端子Ainに接続されている。そして、制御回路201からの制御信号CTRLに応じてオン・オフを切り替え、オン状態のときに、受信回路207左端を信号入力端子Ainに接続する。
なお、スイッチ203bとスイッチ203cとは同時にオン状態とならないようにスイッチング動作がノンオーバーラップ制御される。
The switch 203c is composed of a switching element such as a MOS transistor, and the right end is connected to the right end of the switch 203b and the left end of the receiving circuit 207, and the left end is connected to the signal input terminal Ain of the analog input signal Ain. Then, on / off is switched according to the control signal CTRL from the control circuit 201, and when in the on state, the left end of the receiving circuit 207 is connected to the signal input terminal Ain.
The switching operation is non-overlapping controlled so that the switch 203b and the switch 203c are not turned on at the same time.

以上説明した構成によって、DA変換器209は、抵抗ラダー210にて、フルスケール電圧を分圧し、各種スイッチをオン・オフ制御して、各抵抗接続端子からキャパシタ206へと所望の分圧電圧を取り出すことで、第1比較電圧を生成する。
一方、比較用抵抗ラダー型DA変換回路218は、スイッチ213a〜213cと、受信回路217と、ストレージノードSN1と、DA変換器219とを備える。
受信回路217は、受信回路207と同じ静電容量Cinのキャパシタから構成されている。かかる構成によって、受信回路217は、信号入力端子Ainに入力されたアナログ入力信号Ainを、比較器214の入力ノードであるストレージノードSN1に伝える(加える)役割を有している。
According to the configuration described above, the DA converter 209 divides the full-scale voltage with the resistor ladder 210, controls various switches on and off, and transfers the desired voltage dividing voltage from each resistance connection terminal to the capacitor 206. By taking it out, the first comparison voltage is generated.
On the other hand, the comparison resistor ladder type DA conversion circuit 218 includes switches 213a to 213c, a reception circuit 217, a storage node SN1, and a DA converter 219.
The receiving circuit 217 is composed of a capacitor having the same capacitance of Cin as the receiving circuit 207. With this configuration, the receiving circuit 217 has a role of transmitting (adding) the analog input signal Ain input to the signal input terminal Ain to the storage node SN1 which is an input node of the comparator 214.

DA変換器219は、スイッチ群215と、キャパシタ216と、抵抗ラダー220とを備える。ここで、スイッチ群215は特許請求の範囲に記載の第2スイッチ回路に対応し、キャパシタ216は特許請求の範囲に記載の第2容量素子に対応する。
キャパシタ216は、接続構成の一部を除いて、上記キャパシタ206と同様の構成となっており、スイッチ群215は、接続構成の一部を除いて、上記スイッチ群215と同様の構成となっており、抵抗ラダー220は、上記抵抗ラダー210と同様の構成となっている。
The DA converter 219 includes a switch group 215, a capacitor 216, and a resistance ladder 220. Here, the switch group 215 corresponds to the second switch circuit described in the claims, and the capacitor 216 corresponds to the second capacitance element described in the claims.
The capacitor 216 has the same configuration as the capacitor 206 except for a part of the connection configuration, and the switch group 215 has the same configuration as the switch group 215 except for a part of the connection configuration. The resistance ladder 220 has the same configuration as the resistance ladder 210.

スイッチ群215の複数のスイッチの共通端子Oはキャパシタ216の左端と接続され、一番上のスイッチの端子Cは第1基準電圧端子VCに接続されている。また、上から二番目以降の各スイッチの端子Pは、抵抗ラダー220に接続された一番上の抵抗接続端子の電位から第1基準電圧VCまでの電位に対応する抵抗接続端子のいずれか1つと接続されている。また、端子Pに接続されたスイッチよりも下側の各スイッチの端子Nは、第1基準電圧VCよりも負側の第3基準電圧VRNまでの電位に対応する抵抗接続端子のいずれか1つと接続されている。 The common terminal O of the plurality of switches of the switch group 215 is connected to the left end of the capacitor 216, and the terminal C of the top switch is connected to the first reference voltage terminal VC. Further, the terminal P of each switch from the second to the top is any one of the resistance connection terminals corresponding to the potentials from the potential of the top resistance connection terminal connected to the resistance ladder 220 to the first reference voltage VC. It is connected to one. Further, the terminal N of each switch below the switch connected to the terminal P is one of the resistance connection terminals corresponding to the potentials up to the third reference voltage VRN on the negative side of the first reference voltage VC. It is connected.

そして、スイッチ群215の複数のスイッチは、制御回路201からの制御信号CTRLに応じてオン・オフの状態を切り替え、端子C及び端子O、端子P及び端子O、並びに端子N及び端子Oとのいずれか1つを短絡する。これにより、キャパシタ216の左端は、第1基準電圧端子VCに接続されるか、又は端子Pに接続された抵抗接続端子のいずれか、若しくは端子Nに接続された抵抗接続端子のいずれかに接続される。
ストレージノードSN1は、キャパシタ216の右端と、比較器214の非反転入力端子と、スイッチ213aの上端と、受信回路217を構成するキャパシタ(以下、「キャパシタ217」とも称す)の右端との接続点に形成された、電荷を保存可能なノードである。
Then, the plurality of switches of the switch group 215 switch the on / off state according to the control signal CTRL from the control circuit 201, and the terminal C and the terminal O, the terminal P and the terminal O, and the terminal N and the terminal O. Short one of them. As a result, the left end of the capacitor 216 is connected to either the first reference voltage terminal VC, the resistance connection terminal connected to the terminal P, or the resistance connection terminal connected to the terminal N. Will be done.
The storage node SN1 is a connection point between the right end of the capacitor 216, the non-inverting input terminal of the comparator 214, the upper end of the switch 213a, and the right end of the capacitor (hereinafter, also referred to as “capacitor 217”) constituting the receiving circuit 217. It is a charge-storable node formed in.

なお、上記説明した各種キャパシタ216及び217並びに各種スイッチの接続構成によって、スイッチ213a及び213bをオフ状態にし、スイッチ213cをオン状態にしたときに、上記第1実施形態の減算器218aと同等の機能が発揮される。即ち、この接続状態において、ストレージノードSN1には、キャパシタ217の保持電圧(アナログ入力信号Ainの電圧)に、キャパシタ216の保持電圧(DA変換器219の出力電圧)を極性に応じて加減した電圧である差分電圧SN1が保持される。 It should be noted that, according to the connection configurations of the various capacitors 216 and 217 and the various switches described above, when the switches 213a and 213b are turned off and the switch 213c is turned on, the functions equivalent to those of the subtractor 218a of the first embodiment are obtained. Is demonstrated. That is, in this connected state, the storage node SN1 has the holding voltage of the capacitor 217 (voltage of the analog input signal Ain) plus the holding voltage of the capacitor 216 (output voltage of the DA converter 219) according to the polarity. The differential voltage SN1 is held.

スイッチ213aは、MOSトランジスタなどのスイッチング素子から構成され、上端がストレージノードSN1に接続され、下端が第1基準電圧端子VCに接続されている。そして、制御回路201からの制御信号CTRLに応じてオン・オフの状態を切り替え、オン状態のときに、ストレージノードSN1を第1基準電圧端子VCに接続する。
スイッチ213bは、MOSトランジスタなどのスイッチング素子から構成され、右端がスイッチ213cの右端と、受信回路217の左端とにそれぞれ接続され、左端が第1基準電圧端子VCに接続されている。そして、制御回路201からの制御信号CTRLに応じてオン・オフの状態を切り替え、オン状態のときに、受信回路217の左端を第1基準電圧端子VCに接続する。
The switch 213a is composed of a switching element such as a MOS transistor, its upper end is connected to the storage node SN1, and its lower end is connected to the first reference voltage terminal VC. Then, the on / off state is switched according to the control signal CTRL from the control circuit 201, and the storage node SN1 is connected to the first reference voltage terminal VC in the on state.
The switch 213b is composed of a switching element such as a MOS transistor, and the right end is connected to the right end of the switch 213c and the left end of the receiving circuit 217, respectively, and the left end is connected to the first reference voltage terminal VC. Then, the on / off state is switched according to the control signal CTRL from the control circuit 201, and when the on / off state, the left end of the receiving circuit 217 is connected to the first reference voltage terminal VC.

スイッチ213cは、MOSトランジスタなどのスイッチング素子から構成され、右端がスイッチ213bの右端と受信回路217の左端とに接続され、左端がアナログ入力信号Ainの信号入力端子Ainに接続されている。そして、制御回路201からの制御信号CTRLに応じてオン・オフの状態を切り替え、オン状態のときに、受信回路217左端を信号入力端子Ainに接続する。
なお、スイッチ213bとスイッチ213cとはノンオーバーラップ制御される。
以上説明した構成によって、DA変換器219は、抵抗ラダー220にて、フルスケール電圧を分圧し、各種スイッチをオン・オフ制御して、各抵抗接続端子からキャパシタ216へと所望の分圧電圧を取り出すことで、第2比較電圧を生成する。
The switch 213c is composed of a switching element such as a MOS transistor, and the right end is connected to the right end of the switch 213b and the left end of the receiving circuit 217, and the left end is connected to the signal input terminal Ain of the analog input signal Ain. Then, the on / off state is switched according to the control signal CTRL from the control circuit 201, and the left end of the receiving circuit 217 is connected to the signal input terminal Ain in the on state.
The switch 213b and the switch 213c are non-overlapping controlled.
According to the configuration described above, the DA converter 219 divides the full-scale voltage with the resistor ladder 220, controls various switches on and off, and transfers the desired voltage dividing voltage from each resistance connection terminal to the capacitor 216. By taking it out, a second comparison voltage is generated.

制御回路201は、比較器204及び214の比較結果DO0及びDO1に基づき、スイッチ203a〜203c及び213a〜213cと、スイッチ群205及び215の各スイッチとのスイッチング動作を制御する制御信号CTRLを生成する機能を有している。
出力レジスタ202は、比較器204及び214の出力する比較結果を示す信号の値(DO0_1〜DO0_n及びDO1_1〜DO1_n)を保持する機能を有している。加えて、保持した比較結果DO0_1〜DO0_n及びDO1_1〜DO1_nに基づき、(n+1)ビットのデジタル出力信号Voutを生成し、生成したデジタル出力信号Voutを出力する機能を有している。
The control circuit 201 generates a control signal CTRL that controls the switching operation between the switches 203a to 203c and 213a to 213c and the switches of the switch groups 205 and 215 based on the comparison results DO0 and DO1 of the comparators 204 and 214. It has a function.
The output register 202 has a function of holding signal values (DO0_1 to DO0_n and DO1_1 to DO1_n) indicating the comparison results output by the comparators 204 and 214. In addition, it has a function of generating a (n + 1) bit digital output signal Vout and outputting the generated digital output signal Vout based on the retained comparison results DO0_1 to DO0_n and DO1_1 to DO1_n.

比較器204は、制御回路201からのクロック信号DCLKの立ち上がりエッジに応じて、非反転入力端子に入力された差分電圧SN0と反転入力端子に入力された参照電圧VCとを比較する。そして、「SN0<VC」のときは、比較結果DO0_Mとして、ハイレベルの信号(「DO0_M=1」)を出力する。また、「SN0≧VC」のときは、比較結果DO0_Mとして、ローレベルの信号(「DO0_M=0」)を出力する。
比較器214は、制御回路201からのクロック信号DCLKの立ち上がりエッジに応じて、非反転入力端子に入力された差分電圧SN1と反転入力端子に入力された参照電圧VCとを比較する。そして、「SN1<VC」のときは、比較結果DO1_Mとして、ハイレベルの信号(「DO1_M=1」)を出力する。また、「SN1≧VC」のときは、比較結果DO1_Mとして、ローレベルの信号(「DO1_M=0」)を出力する。
The comparator 204 compares the difference voltage SN0 input to the non-inverting input terminal with the reference voltage VC input to the inverting input terminal according to the rising edge of the clock signal DCLK from the control circuit 201. Then, when "SN0 <VC", a high level signal ("DO0_M = 1") is output as the comparison result DO0_M. Further, when “SN0 ≧ VC”, a low level signal (“DO0_M = 0”) is output as the comparison result DO0_M.
The comparator 214 compares the differential voltage SN1 input to the non-inverting input terminal with the reference voltage VC input to the inverting input terminal according to the rising edge of the clock signal DCLK from the control circuit 201. Then, when "SN1 <VC", a high level signal ("DO1_M = 1") is output as the comparison result DO1_M. When “SN1 ≧ VC”, a low-level signal (“DO1_M = 0”) is output as the comparison result DO1_M.

[ストレージノードSN0の差分電圧SN0について]
ここで、スイッチ203aと203bをオフ状態にし、スイッチ203cをオン状態にして、アナログ入力信号Ainが比較器204の非反転入力端子に伝わるようにする。
このときの差分電圧SN0は、スイッチ群205の各スイッチのオン・オフの状態で変化する。また、この差分電圧SN0は、寄生容量の影響を無視すると、下式(7)で表すことができる。
SN0=(Cin/(Cin+C))・Ain+(Cin/(Cin+C))・(VR0−VC)+VC ・・・(7)
[About the differential voltage SN0 of the storage node SN0]
Here, the switches 203a and 203b are turned off, and the switch 203c is turned on so that the analog input signal Ain is transmitted to the non-inverting input terminal of the comparator 204.
The differential voltage SN0 at this time changes depending on the on / off state of each switch of the switch group 205. Further, this differential voltage SN0 can be expressed by the following equation (7), ignoring the influence of parasitic capacitance.
SN0 = (Cin / (Cin + C)), Ain + (Cin / (Cin + C)), (VR0-VC) + VC ... (7)

上式(7)において、VR0は、制御値DA0により選択されるスイッチ群205の複数のスイッチのうちのいずれかのスイッチの端子Oの電圧である。また、Cinはキャパシタ207の静電容量値、Cはキャパシタ206の静電容量値である。
上式(7)の第2項は、制御値DA0により決まるので、上式(7)と第1実施形態の式(4)とは等価である。なお、差分電圧SN1についてもSN0と同様となる。
従って、第3実施形態に係る逐次比較型AD変換器2は、上記第1実施形態の逐次比較型AD変換器1と同様の動作が可能である。
In the above equation (7), VR0 is the voltage of the terminal O of any one of the plurality of switches of the switch group 205 selected by the control value DA0. Further, Cin is the capacitance value of the capacitor 207, and C is the capacitance value of the capacitor 206.
Since the second term of the above equation (7) is determined by the control value DA0, the above equation (7) and the equation (4) of the first embodiment are equivalent. The difference voltage SN1 is the same as that of SN0.
Therefore, the sequential comparison type AD converter 2 according to the third embodiment can operate in the same manner as the sequential comparison type AD converter 1 of the first embodiment.

[第3実施形態の作用及び効果]
第3実施形態に係る逐次比較型AD変換器2は、受信回路207及び217が、アナログ入力信号Ainを受信し、アナログ入力信号Ainに応じたアナログ入力信号AinOを出力する。比較用抵抗ラダー型DA変換回路208に設けられたキャパシタ206及び207の分圧による減算動作と、比較用抵抗ラダー型DA変換回路218に設けられたキャパシタ216及び217の分圧による減算動作とによって、n回の逐次変換の各回におけるアナログ入力信号AinOと、制御値DA0及びDA1をDA変換したDA変換したアナログの比較信号(第1及び第2比較電圧)との差分信号(差分電圧SN0及びSN1)が算出される。比較器204及び214が、差分電圧SN0及びSN1の電圧が参照電圧VCよりも高いか否かを判定する。制御回路201が、比較器204及び214の比較結果DO0及びDO1に基づき、アナログ入力信号AinOに対応するデジタル出力信号Voutを演算する。更に、制御回路201が、比較器204及び214の比較結果DO0及びDO1に基づいて、アナログの比較信号(第1及び第2比較電圧)がアナログ入力信号AinOに近づくように制御値DA0及びDA1を更新する。DA変換器209及び219は、制御値DA0及びDA1をアナログの比較信号(第1及び第2比較電圧)に変換する。出力レジスタ202が、比較器204及び214の比較結果DO0及びDO1に基づき、デジタル出力信号を出力する。
[Action and effect of the third embodiment]
In the sequential comparison type AD converter 2 according to the third embodiment, the receiving circuits 207 and 217 receive the analog input signal Ain and output the analog input signal AinO corresponding to the analog input signal Ain. By the subtraction operation by the divided voltage of the capacitors 206 and 207 provided in the comparison resistance ladder type DA conversion circuit 208 and the subtraction operation by the divided voltage of the capacitors 216 and 217 provided in the comparison resistance ladder type DA conversion circuit 218. , The difference signal (difference voltage SN0 and SN1) between the analog input signal AinO in each of the n sequential conversions and the DA-converted analog comparison signal (first and second comparison voltage) obtained by DA-converting the control values DA0 and DA1. ) Is calculated. The comparators 204 and 214 determine whether the differential voltages SN0 and SN1 are higher than the reference voltage VC. The control circuit 201 calculates the digital output signal Vout corresponding to the analog input signal AinO based on the comparison results DO0 and DO1 of the comparators 204 and 214. Further, the control circuit 201 sets the control values DA0 and DA1 so that the analog comparison signals (first and second comparison voltages) approach the analog input signals AinO based on the comparison results DO0 and DO1 of the comparators 204 and 214. Update. The DA converters 209 and 219 convert the control values DA0 and DA1 into analog comparison signals (first and second comparison voltages). The output register 202 outputs a digital output signal based on the comparison results DO0 and DO1 of the comparators 204 and 214.

更に、第1基準電圧VCを有する第1基準電圧端子VCと、第1基準電圧VCを基準として正側の第2基準電圧VRPを有する第2基準電圧端子VRPと、第1基準電圧VCを基準として負側の第3基準電圧VRNを有する第3基準電圧端子VRNとを備える。また、受信回路207及び217が、静電容量がCinのキャパシタを有する。また、DA変換器209が、第2基準電圧端子VRPと第3基準電圧端子VRNとの間に直列接続された複数の抵抗素子を有する抵抗ラダー210と、各一端がストレージノードSN0に接続されたキャパシタ206と、制御値DA0のデジタル信号に応じて、キャパシタ206の他端を抵抗ラダー210の複数の抵抗素子の抵抗素子同士の各接続部に形成された複数の抵抗接続端子のうちのいずれかに接続する。また、DA変換器219が、第2基準電圧端子VRPと第3基準電圧端子VRNとの間に直列接続された複数の抵抗素子を有する抵抗ラダー220と、各一端がストレージノードSN1に接続されたキャパシタ216と、制御値DA1のデジタル信号に応じて、キャパシタ216の他端を抵抗ラダー220の複数の抵抗素子の抵抗素子同士の各接続部に形成された複数の抵抗接続端子のうちのいずれかに接続する。 Further, a first reference voltage terminal VC having a first reference voltage VC, a second reference voltage terminal VRP having a second reference voltage VRP on the positive side with reference to the first reference voltage VC, and a first reference voltage VC as a reference. A third reference voltage terminal VRN having a negative third reference voltage VRN is provided. Further, the receiving circuits 207 and 217 have a capacitor having a capacitance of Cin. Further, the DA converter 209 is connected to a resistor ladder 210 having a plurality of resistance elements connected in series between the second reference voltage terminal VRP and the third reference voltage terminal VRN, and one end of each resistor node SN0. One of a plurality of resistance connection terminals formed at each connection portion between the resistance elements of the plurality of resistance elements of the resistance ladder 210 at the other end of the capacitor 206 according to the digital signal of the capacitor 206 and the control value DA0. Connect to. Further, the DA converter 219 has a resistor ladder 220 having a plurality of resistance elements connected in series between the second reference voltage terminal VRP and the third reference voltage terminal VRN, and one end of each is connected to the storage node SN1. One of a plurality of resistance connection terminals formed at each connection portion between the resistance elements of the plurality of resistance elements of the resistance ladder 220 at the other end of the capacitor 216 according to the digital signal of the capacitor 216 and the control value DA1. Connect to.

この構成であれば、受信回路207及び217においてアナログ入力信号Ainを受信すると、受信したアナログ入力信号Ainに応じたアナログ入力信号AinOをストレージノードSN0及びSN1に出力することが可能である。これにより、制御回路201、比較器204及び214並びに出力レジスタ202にて、リアルタイムに変化するアナログ入力信号AinOに対して比較処理等のAD変換処理を行うことが可能となる。その結果、サンプルホールドした固定のアナログ入力信号をAD変換処理する構成と比較してサンプルホールドによる遅延を無くすことが可能となり、変換速度を向上することが可能となる。 With this configuration, when the analog input signal Ain is received by the receiving circuits 207 and 217, the analog input signal AinO corresponding to the received analog input signal Ain can be output to the storage nodes SN0 and SN1. As a result, the control circuit 201, the comparators 204 and 214, and the output register 202 can perform AD conversion processing such as comparison processing on the analog input signal AinO that changes in real time. As a result, it is possible to eliminate the delay due to the sample hold as compared with the configuration in which the fixed analog input signal sample-held is subjected to AD conversion processing, and the conversion speed can be improved.

〔第4実施形態〕
次に、図14〜図16に基づき、本発明の第4実施形態を説明する。
ここで、図14は、第4実施形態に係るパイプライン型AD変換器の構成例を示すブロック図であり、図15は、第4実施形態に係る単位ブロックの具体的な構成例を示すブロック図である。また、図16は、第4実施形態に係るパイプライン型AD変換器の初段と次段の単位ブロックを構成する逐次比較型副AD変換器の比較動作時のタイミングチャートである。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 14 to 16.
Here, FIG. 14 is a block diagram showing a configuration example of the pipeline type AD converter according to the fourth embodiment, and FIG. 15 is a block diagram showing a specific configuration example of the unit block according to the fourth embodiment. It is a figure. Further, FIG. 16 is a timing chart at the time of comparison operation of the sequential comparison type sub-AD converter constituting the unit block of the first stage and the next stage of the pipeline type AD converter according to the fourth embodiment.

[構成]
第4実施形態は、パイプライン型A/D変換器において、最終段のADコンバータと、各単位ブロックの副ADコンバータとに、上記第1実施形態の逐次比較型AD変換器1を適用した構成となっている。即ち、第4実施形態は、パイプライン型AD変換器を構成するSAR(逐次比較型AD変換器)として上記第1実施形態の逐次比較型AD変換器1を適用した構成ともいえる。
[Constitution]
In the fourth embodiment, in the pipeline type A / D converter, the sequential comparison type AD converter 1 of the first embodiment is applied to the final stage AD converter and the sub AD converter of each unit block. It has become. That is, it can be said that the fourth embodiment is a configuration in which the sequential comparison type AD converter 1 of the first embodiment is applied as the SAR (sequential comparison type AD converter) constituting the pipeline type AD converter.

第4実施形態に係るパイプライン型AD変換器30は、図14に示すように、1段目から4段目まで順に縦続接続された単位ブロック3_1、3_2、3_3及び3_4を備えている。加えて、単位ブロック3_4に縦続接続された最終段の逐次比較型副AD変換器4と、エンコーダ5とを備えている。ここで、逐次比較型副AD変換器4は、上記第1実施形態の逐次比較型AD変換器1と同様の構成となっている。また、単位ブロック3_1〜3_4は特許請求の範囲に記載の複数のステージに対応し、逐次比較型副AD変換器4は特許請求の範囲に記載の最終ステージに対応する。 As shown in FIG. 14, the pipeline type AD converter 30 according to the fourth embodiment includes unit blocks 3_1, 3_2, 3_3, and 3_4 which are sequentially connected in order from the first stage to the fourth stage. In addition, the final stage sequential comparison type sub-AD converter 4 and the encoder 5 are sequentially connected to the unit block 3_4. Here, the sequential comparison type sub-AD converter 4 has the same configuration as the sequential comparison type AD converter 1 of the first embodiment. Further, the unit blocks 3_1 to 3_4 correspond to a plurality of stages described in the claims, and the sequential comparison type sub-AD converter 4 corresponds to the final stage described in the claims.

単位ブロック3_1〜3_4は、同様の構成となるので、以下、区別する必要が無い場合に、単位ブロック3_1〜3_4を単に「単位ブロック3」と称する。
単位ブロック3は、図15に示すように、逐次比較型副AD変換器6と、DA変換器7と、減算器8と、増幅器9とを備えている。
逐次比較型副AD変換器6は、上記第1実施形態の逐次比較型AD変換器1と同様の構成となっている。この逐次比較型副AD変換器6は、アナログ入力信号Ain又は前段の単位ブロック3から入力されたアナログの差分信号(後述)をAD変換し、このAD変換結果のデジタル信号をエンコーダ5とDA変換器7とにそれぞれ出力する。
Since the unit blocks 3_1 to 3_4 have the same configuration, the unit blocks 3_1 to 3_4 are simply referred to as "unit blocks 3" when it is not necessary to distinguish them.
As shown in FIG. 15, the unit block 3 includes a sequential comparison type sub-AD converter 6, a DA converter 7, a subtractor 8, and an amplifier 9.
The sequential comparison type sub-AD converter 6 has the same configuration as the sequential comparison type AD converter 1 of the first embodiment. The sequential comparison type sub-AD converter 6 AD-converts the analog input signal Ain or the analog difference signal (described later) input from the unit block 3 in the previous stage, and DA-converts the digital signal of the AD conversion result to the encoder 5. Output to the device 7 and each.

DA変換器7は、逐次比較型副AD変換器6から入力されたデジタル信号をアナログ信号にDA変換し、このDA変換結果のアナログ信号を減算器8に出力する。
減算器8は、信号入力端子Ainから入力されたアナログ入力信号Ainから、DA変換器7から入力されたアナログ信号を減算し、この減算結果のアナログの差分信号を増幅器9に出力する。
増幅器9は、減算器8から入力されたアナログの差分信号を増幅し、増幅した差分信号を次段の単位ブロック3又は最終段の逐次比較型副AD変換器4に出力する。ここで、増幅器9は特許請求の範囲に記載の増幅回路に対応する。
The DA converter 7 DA-converts the digital signal input from the sequential comparison type sub-AD converter 6 into an analog signal, and outputs the analog signal of the DA conversion result to the subtractor 8.
The subtractor 8 subtracts the analog signal input from the DA converter 7 from the analog input signal Ain input from the signal input terminal Ain, and outputs the analog difference signal of the subtraction result to the amplifier 9.
The amplifier 9 amplifies the analog difference signal input from the subtractor 8 and outputs the amplified difference signal to the unit block 3 in the next stage or the sequential comparison type sub-AD converter 4 in the final stage. Here, the amplifier 9 corresponds to the amplifier circuit described in the claims.

エンコーダ5は、単位ブロック3_1〜3_4及び逐次比較型副AD変換器4から入力されたデジタル信号を加算して最終的なデジタル出力信号Voutを演算し、演算したデジタル出力信号Voutを出力する。
なお、逐次比較型副AD変換器4及び6は、上記第1実施形態の逐次比較型AD変換器1と同様の構成に限らず、上記第1実施形態の逐次比較型AD変換器1A、上記第2実施形態の逐次比較型AD変換器1B及び上記第3実施形態の逐次比較型AD変換器2のうちのいずれか1つと同様の構成としてもよい。
The encoder 5 adds the digital signals input from the unit blocks 3_1 to 3_4 and the successive approximation type sub-AD converter 4 to calculate the final digital output signal Vout, and outputs the calculated digital output signal Vout.
The sequential comparison type sub-AD converters 4 and 6 are not limited to the same configuration as the sequential comparison type AD converter 1 of the first embodiment, and the sequential comparison type AD converter 1A of the first embodiment and the above. It may have the same configuration as any one of the sequential comparison type AD converter 1B of the second embodiment and the sequential comparison type AD converter 2 of the third embodiment.

かかる構成によって、第4実施形態に係るパイプライン型AD変換器30は、図16に示す比較動作を行うことが可能となる。
即ち、単位ブロック3_1及び3_2を構成する逐次比較型副AD変換器6では、アナログ入力信号をサンプルホールドすることなく、信号を受けながら比較動作を行う。そのため、図16に示すように、図18に示される特許文献2に係るパイプライン型AD変換器の「third time interval」に相当する期間に信号をサンプルする必要がない。即ち、「third time interval」がないのでその分の変換遅延が短くなり高速動作が可能となる。
With such a configuration, the pipeline type AD converter 30 according to the fourth embodiment can perform the comparative operation shown in FIG.
That is, in the successive approximation type sub-AD converter 6 constituting the unit blocks 3_1 and 3_2, the comparison operation is performed while receiving the signal without holding the sample of the analog input signal. Therefore, as shown in FIG. 16, it is not necessary to sample the signal in the period corresponding to the “third time interval” of the pipeline type AD converter according to Patent Document 2 shown in FIG. That is, since there is no "third time interval", the conversion delay is shortened by that amount and high-speed operation is possible.

[第4実施形態の作用及び効果]
第4実施形態に係るパイプライン型AD変換器30は、縦続接続された単位ブロック3_1〜3_4と、最終段の逐次比較型副AD変換器4とを備える。単位ブロック3_1〜3_4の各々は、アナログ入力信号をデジタル出力信号に変換する逐次比較型副AD変換器6と、逐次比較型副AD変換器6が出力するデジタル出力信号をアナログ出力信号に変換するDA変換器7と、アナログ入力信号とアナログ出力信号との差分の信号を増幅する増幅器9と、を有する。また、最終段の逐次比較型副AD変換器4は、単位ブロック3_4が出力するアナログの差分信号をデジタル信号に変換する。そして、逐次比較型副AD変換器4及び6は、上記第1実施形態の逐次比較型AD変換器1から構成されている。
[Action and effect of the fourth embodiment]
The pipeline type AD converter 30 according to the fourth embodiment includes a unit block 3_1 to 3_4 connected in cascade and a sequential comparison type sub AD converter 4 in the final stage. Each of the unit blocks 3_1 to 3_4 converts the serial comparison type sub-AD converter 6 that converts the analog input signal into a digital output signal and the digital output signal output by the sequential comparison type sub-AD converter 6 into an analog output signal. It has a DA converter 7 and an amplifier 9 that amplifies the signal of the difference between the analog input signal and the analog output signal. Further, the sequential comparison type sub-AD converter 4 in the final stage converts the analog difference signal output by the unit block 3_4 into a digital signal. The sequential comparison type sub-AD converters 4 and 6 are composed of the sequential comparison type AD converter 1 of the first embodiment.

この構成であれば、副ADコンバータをフラッシュ型のADコンバータで構成した場合と同等の変換遅延時間を保ちながらも低消費電力でレイアウト面積の増加を抑えたパイプライン型AD変換器を実現することができる。 With this configuration, it is possible to realize a pipeline-type AD converter with low power consumption and suppressed increase in layout area while maintaining the same conversion delay time as when the sub-AD converter is configured with a flash-type AD converter. Can be done.

〔変形例〕
なお、上記第2実施形態において、上記第1実施形態で2組の比較用スイッチドキャパシタ回路及び比較器にて並列に行っていた比較動作を、1組の比較用スイッチドキャパシタ回路及び比較器にて時分割で行う構成としたが、この構成に限らない。例えば、1組の比較用スイッチドキャパシタ回路及び比較器にて関連技術の逐次比較型A/D変換器と同様の比較動作を行う構成としてもよい。この構成とした場合も、上記第1実施形態と同様に関連技術と比較してサンプルホールドによる変換遅延を無くすことが可能となる。但し、上記第1実施形態と比較して、J回目と(J+1)回目の比較動作において比較電圧に一部重複する範囲が無いためアナログ入力信号Ainが変化した場合の変換誤差を低減することはできない。しかし、アナログ入力信号Ainの変化が少ない環境下において有効である。
[Modification example]
In the second embodiment, the comparison operation performed in parallel by the two sets of comparative switched capacitor circuits and the comparator in the first embodiment is performed by one set of the comparative switched capacitor circuits and the comparator. However, the configuration is not limited to this configuration. For example, a set of comparative switched capacitor circuits and a comparator may be configured to perform the same comparison operation as the successive approximation type A / D converter of the related technology. Even with this configuration, it is possible to eliminate the conversion delay due to the sample hold as compared with the related technology as in the first embodiment. However, as compared with the first embodiment, since there is no range in which the comparison voltage partially overlaps in the Jth and (J + 1) th comparison operations, it is possible to reduce the conversion error when the analog input signal Ain changes. Can not. However, it is effective in an environment where there is little change in the analog input signal Ain.

また、上記第3実施形態において、2組の比較用抵抗ラダー型DA変換回路及び比較器にて上記第1実施形態と同様に並列に比較動作を行う構成としたが、この構成に限らない。例えば、上記第2実施形態と同様に、1組の比較用抵抗ラダー型DA変換回路及び比較器にて時分割で行う構成としてもよいし、1組の比較用抵抗ラダー型DA変換回路及び比較器にて関連技術の逐次比較型A/D変換器と同様の比較動作を行う構成としてもよい。
また、上記第1及び第2の実施形態において、比較用スイッチドキャパシタ回路を用いて比較電圧を発生しているが、この構成に限らない。例えば比較用スイッチドキャパシタ回路のVRP及びVRN端子に第3実施形態において使用されているような抵抗ラダー型DA変換回路の出力を接続することで、スイッチドキャパシタ回路と抵抗ラダー回路を組合せたDA変換回路として構成してもよい。
Further, in the third embodiment, the comparison operation is performed in parallel in the same manner as in the first embodiment by the two sets of the comparison resistance ladder type DA conversion circuit and the comparator, but the configuration is not limited to this. For example, as in the second embodiment, a set of comparison resistance ladder type DA conversion circuit and a comparator may be configured to perform time division, or a set of comparison resistance ladder type DA conversion circuit and comparison. The device may be configured to perform the same comparison operation as the sequential comparison type A / D converter of the related technology.
Further, in the first and second embodiments, the comparative voltage is generated by using the comparative switched capacitor circuit, but the present invention is not limited to this configuration. For example, by connecting the output of the resistance ladder type DA conversion circuit as used in the third embodiment to the VRP and VRN terminals of the comparative switched capacitor circuit, the DA that combines the switched capacitor circuit and the resistance ladder circuit is combined. It may be configured as a conversion circuit.

上記第1及び第3の実施形態に係る逐次比較型AD変換回路は、受信回路、比較器、DA変換回路及び減算器をそれぞれ2個ずつ備えているが、本発明はこれに限られない。逐次比較型AD変換回路は、受信回路、比較器、DA変換回路及び減算器をそれぞれ3個以上ずつ備えていてもよい。この場合、3個以上の比較電圧が設定されるため、より高精度にAD変換することができる。 The sequential comparison type AD conversion circuit according to the first and third embodiments includes two receiving circuits, two comparators, two DA converters, and two subtractors, but the present invention is not limited thereto. The sequential comparison type AD conversion circuit may include three or more receiving circuits, a comparator, a DA conversion circuit, and a subtractor. In this case, since three or more comparison voltages are set, AD conversion can be performed with higher accuracy.

1,1A,1B,2…逐次比較型AD変換器、3_1〜3_4…単位ブロック、4,6…逐次比較型副AD変換器、5…エンコーダ、7,109,109A,119,119A,209,219…DA変換器、8,108a,108b,118a,118b…減算器、9…増幅器、30…パイプライン型AD変換器、101,201…制御回路、102,202…出力レジスタ、104,114,204,214…比較器、103a〜103c,103d_1〜103d_(n+1),103e_1〜103e_(n+1),103f_1〜103f_(n+1),113a〜113c,113d_1〜113d_(n+1),113e_1〜113e_(n+1),113f_1〜113f_(n+1),203a〜203c…スイッチ、105_1〜105_(n+1),115_1〜115_(n+1),205,215…スイッチ群、107,107A,117,117A,207,217…受信回路、108,118…比較用スイッチドキャパシタ回路、208,218…比較用抵抗ラダー型DA変換回路、SN0,SN1…ストレージノード、VC…第1基準電圧端子、VRP…第2基準電圧端子、VRN…第3基準電圧端子 1,1A, 1B, 2 ... Sequential comparison type AD converter, 3_1-3_4 ... Unit block, 4,6 ... Sequential comparison type sub AD converter, 5 ... Encoder, 7,109,109A, 119,119A, 209, 219 ... DA converter, 8,108a, 108b, 118a, 118b ... Subtractor, 9 ... Amplifier, 30 ... Pipeline type AD converter, 101, 201 ... Control circuit, 102, 202 ... Output register, 104, 114, 204, 214 ... Comparator, 103a-103c, 103d_1 to 103d_ (n + 1), 103e_1 to 103e_ (n + 1), 103f_1 to 103f_ (n + 1), 113a to 113c, 113d_1 to 113d_ (n + 1), 113e_1 to 113e_ (n + 1), 113f_1 to 113f_ (n + 1), 203a to 203c ... Switches, 105_1 to 105_ (n + 1), 115_1 to 115_ (n + 1), 205,215 ... Switch group, 107,107A, 117,117A, 207,217 ... Receiver circuit, 108 , 118 ... Comparison switched capacitor circuit, 208, 218 ... Comparison resistance ladder type DA conversion circuit, SN0, SN1 ... Storage node, VC ... First reference voltage terminal, VRP ... Second reference voltage terminal, VRN ... Third Reference voltage terminal

Claims (9)

第1アナログ入力信号を受信し、前記第1アナログ入力信号に応じた第2アナログ入力信号を連続的に出力する受信回路と、
n回(nは2以上の自然数、以下同じ)の逐次変換の各回における前記第2アナログ入力信号と、アナログ基準信号との差分信号を算出する差分信号算出回路と、
前記差分信号の電圧が参照電圧よりも高いか否かを判定する判定回路と、
前記判定回路の判定結果に基づいて、前記アナログ基準信号が前記第2アナログ入力信号に近づくように基準値を更新する基準値演算回路と、
前記基準値を前記アナログ基準信号に変換するDA変換器と、
前記判定回路の判定結果に基づき、デジタル出力信号を出力する出力回路と、
を備える
逐次比較型AD変換器。
A receiving circuit that receives the first analog input signal and continuously outputs the second analog input signal corresponding to the first analog input signal.
A difference signal calculation circuit that calculates a difference signal between the second analog input signal and the analog reference signal in each of n times (n is a natural number of 2 or more, the same applies hereinafter) sequential conversion.
A determination circuit that determines whether the voltage of the difference signal is higher than the reference voltage, and
A reference value calculation circuit that updates the reference value so that the analog reference signal approaches the second analog input signal based on the determination result of the determination circuit.
A DA converter that converts the reference value into the analog reference signal,
An output circuit that outputs a digital output signal based on the judgment result of the judgment circuit,
Sequential comparison type AD converter.
第1〜第m(mは、2以上の自然数、以下同じ)の前記受信回路と、
第1〜第mの前記判定回路と、
第1〜第mの前記DA変換器と、
第1〜第mの前記差分信号算出回路と、を備え、
前記基準値演算回路は、
前記第1〜第mの判定回路の前記逐次変換するタイミングにおける判定結果に基づいて、前記第1〜第mのDA変換器にそれぞれ対応する前記基準値を更新し、
前記出力回路は、
前記第1〜第mの判定回路の判定結果に基づいて、前記デジタル出力信号を演算する
請求項1に記載の逐次比較型AD変換器。
The first to third m (m is a natural number of 2 or more, the same applies hereinafter) and the receiving circuit.
The first to mth determination circuits and
With the first to mth DA converters
The first to mth difference signal calculation circuits are provided.
The reference value calculation circuit is
Based on the determination result at the timing of the sequential conversion of the first to first m determination circuits, the reference value corresponding to each of the first to mth DA converters is updated.
The output circuit
The digital output signal is calculated based on the determination result of the first to first m determination circuits.
The sequential comparison type AD converter according to claim 1.
前記基準値演算回路は、
前記第1〜第mの判定回路の判定結果に基づいて、前記第2アナログ入力信号を判定する際の複数の判定区間を有する電圧範囲を設定し、
前記判定回路のj回目(jは1≦j≦(n−1)の自然数、以下同じ)の前記複数の判定区間のうちの第1判定区間における判定結果に基づき設定された(j+1)回目の判定時の前記電圧範囲が、前記第1判定区間に隣接する第2判定区間における判定結果に基づき設定された(j+1)回目の判定時の電圧範囲と少なくとも一部の範囲で重複する電圧範囲となるように前記第1〜第mのDA変換器にそれぞれ対応する前記基準値を更新演算する
請求項2に記載の逐次比較型AD変換器。
The reference value calculation circuit is
Based on the determination results of the first to first m determination circuits, a voltage range having a plurality of determination sections when determining the second analog input signal is set.
The jth time (j is a natural number of 1 ≦ j ≦ (n-1), the same applies hereinafter) of the judgment circuit is set based on the judgment result in the first judgment section among the plurality of judgment sections. The voltage range at the time of determination overlaps with the voltage range at the time of the (j + 1) th determination set based on the determination result in the second determination section adjacent to the first determination section at least in a part. The sequential comparison type AD converter according to claim 2, wherein the reference value corresponding to each of the first to mth DA converters is updated.
前記基準値演算回路は、
(j+1)回目の判定時において、前記電圧範囲の幅が、j回目の判定時の前記電圧範囲の幅の半分の幅となるように前記第1〜第mのDA変換器にそれぞれ対応する前記基準値を更新する
請求項3に記載の逐次比較型AD変換器。
The reference value calculation circuit is
At the time of the (j + 1) th determination, the width of the voltage range corresponds to each of the first to mth DA converters so as to be half the width of the width of the voltage range at the time of the jth determination. The sequential comparison type AD converter according to claim 3, wherein the reference value is updated.
前記受信回路は、
前記第1アナログ入力信号が入力される第1スイッチ回路と、
前記差分信号算出回路との間に接続された第1容量素子と、
を有する
請求項1に記載の逐次比較型AD変換器。
The receiving circuit
The first switch circuit to which the first analog input signal is input and
The first capacitive element connected between the difference signal calculation circuit and
The sequential comparison type AD converter according to claim 1.
第1基準電圧を有する第1基準電圧端子と、
前記第1基準電圧を基準にして正側の第2基準電圧を有する第2基準電圧端子と、
前記第1基準電圧を基準にして負側の第3基準電圧を有する第3基準電圧端子と、を備え、
前記DA変換器は、
各一端が前記差分信号算出回路に接続された第2〜第L(Lは、3以上の自然数、以下同じ)容量素子と、
前記基準値に応じて、前記第2〜第L容量素子の各他端を、前記第1基準電圧端子、前記第2基準電圧端子または前記第3基準電圧端子のいずれか1つに接続する第2スイッチ回路と、を有する
請求項5に記載の逐次比較型AD変換器。
The first reference voltage terminal having the first reference voltage and
A second reference voltage terminal having a second reference voltage on the positive side with reference to the first reference voltage,
A third reference voltage terminal having a third reference voltage on the negative side with respect to the first reference voltage is provided.
The DA converter
A second to third L (L is a natural number of 3 or more, the same applies hereinafter) capacitance element, each end of which is connected to the difference signal calculation circuit.
The other end of each of the second to second L capacitance elements is connected to any one of the first reference voltage terminal, the second reference voltage terminal, or the third reference voltage terminal according to the reference value. The sequential comparison type AD converter according to claim 5, which comprises a two-switch circuit.
前記第1〜第L容量素子のうち第K容量素子(Kは、2≦K≦Lの自然数)の容量値は、
前記第L容量素子の容量値を2の(L−K)乗倍した値である、
請求項6に記載の逐次比較型AD変換器。
Among the first to first L capacitance elements, the capacitance value of the Kth capacitance element (K is a natural number of 2 ≦ K ≦ L) is
It is a value obtained by multiplying the capacitance value of the Lth capacitance element by 2 (LK).
The sequential comparison type AD converter according to claim 6.
第1基準電圧を有する第1基準電圧端子と、
前記第1基準電圧を基準にして正側の第2基準電圧を有する第2基準電圧端子と、
前記第1基準電圧を基準にして負側の第3基準電圧を有する第3基準電圧端子と、を備え、
前記DA変換器は、
前記第2基準電圧端子と前記第3基準電圧端子との間に直列接続された複数の抵抗素子と、
一端が前記差分信号算出回路に接続された第2容量素子と、
前記基準値に応じて、前記第2容量素子の他端を、前記複数の抵抗素子の抵抗素子同士の各接続部に形成された複数の端子のうちのいずれかに接続する第2スイッチ回路と、を有する
請求項1に記載の逐次比較型AD変換器。
The first reference voltage terminal having the first reference voltage and
A second reference voltage terminal having a second reference voltage on the positive side with reference to the first reference voltage,
A third reference voltage terminal having a third reference voltage on the negative side with respect to the first reference voltage is provided.
The DA converter
A plurality of resistance elements connected in series between the second reference voltage terminal and the third reference voltage terminal, and
A second capacitive element whose one end is connected to the difference signal calculation circuit,
A second switch circuit that connects the other end of the second capacitance element to any one of a plurality of terminals formed at each connection portion between the resistance elements of the plurality of resistance elements according to the reference value. The sequential comparison type AD converter according to claim 1, wherein the device has.
縦続接続された複数のステージと最終ステージとを有するパイプライン型AD変換器であって、
前記複数のステージの各々は、
アナログ入力信号をデジタル出力信号に変換する第1の逐次比較型副AD変換器と、
前記第1の逐次比較型副AD変換器が出力する前記デジタル出力信号をアナログ出力信号に変換するDA変換器と、
前記アナログ入力信号と前記アナログ出力信号との差分の信号を増幅する増幅回路と、
を有し、
前記最終ステージは、
前記複数のステージの最終段のステージが出力する前記差分の信号をデジタル出力信号に変換する第2の逐次比較型副AD変換器を有し、
前記第1及び第2の逐次比較型副AD変換器は、請求項1〜8のいずれか1項に記載の逐次比較型AD変換器から構成されている、
パイプライン型AD変換器。
A pipeline-type AD converter having a plurality of vertically connected stages and a final stage.
Each of the plurality of stages
A first sequential comparison type sub-AD converter that converts an analog input signal to a digital output signal,
A DA converter that converts the digital output signal output by the first sequential comparison type sub-AD converter into an analog output signal, and
An amplifier circuit that amplifies the signal of the difference between the analog input signal and the analog output signal, and
Have,
The final stage is
It has a second sequential comparison type sub-AD converter that converts the difference signal output by the final stage of the plurality of stages into a digital output signal.
The first and second successive approximation type sub-AD converters are composed of the sequential comparison type AD converter according to any one of claims 1 to 8.
Pipeline type AD converter.
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