JP2021044709A - A/d conversion circuit, a/d conversion method, and semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本実施形態は、A/D変換回路、半導体装置及びA/D変換方法に関する。 The present embodiment relates to an A / D conversion circuit, a semiconductor device, and an A / D conversion method.
従来、供給されたアナログ信号をサンプルホールド回路によりサンプリングし、サンプルホールド回路から出力されるサンプリング電圧をコンパレータ(比較回路)により量子化してディジタル信号に変換するA/D(Analog-to-Digital)変換回路がある。 Conventionally, A / D (Analog-to-Digital) conversion in which the supplied analog signal is sampled by a sample hold circuit, and the sampling voltage output from the sample hold circuit is quantized by a comparator (comparison circuit) and converted into a digital signal. There is a circuit.
しかしながら、コンパレータ(比較回路)による量子化において、オフセットが発生する場合がある。比較回路のオフセットは、A/D変換の変換精度を劣化させる。 However, an offset may occur in the quantization by the comparator (comparison circuit). The offset of the comparison circuit deteriorates the conversion accuracy of the A / D conversion.
一つの実施形態は、比較回路のオフセットを補正するA/D変換回路、半導体装置及びA/D変換方法を提供することを目的とする。 One embodiment aims to provide an A / D conversion circuit, a semiconductor device, and an A / D conversion method for correcting the offset of the comparison circuit.
一つの実施形態によれば、A/D変換回路は、オフセット可変比較回路と、第1の制御回路とを備える。前記オフセット可変比較回路は、第1の入力ノードと、第2の入力ノードと、オフセット制御ノードと、出力ノードとを有する。前記2つの入力ノードの電位に関する比較動作の比較結果は、前記出力ノードから出力される。前記第1の制御回路は、前記出力ノード及び前記オフセット制御ノードに接続される。前記第1の制御回路は、A/D変換対象のアナログ信号のサンプリング期間に重複するオフセット調整期間に実行された前記比較動作の比較結果に応じた制御信号を前記オフセット制御ノードに供給することにより前記オフセット可変比較回路のオフセット電圧を制御する。 According to one embodiment, the A / D conversion circuit includes an offset variable comparison circuit and a first control circuit. The offset variable comparison circuit has a first input node, a second input node, an offset control node, and an output node. The comparison result of the comparison operation regarding the potentials of the two input nodes is output from the output node. The first control circuit is connected to the output node and the offset control node. The first control circuit supplies a control signal according to the comparison result of the comparison operation executed in the offset adjustment period overlapping the sampling period of the analog signal to be A / D converted to the offset control node. The offset voltage of the offset variable comparison circuit is controlled.
以下、添付図面を参照して、実施形態に係るA/D変換回路、半導体装置及びA/D変換方法を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, the A / D conversion circuit, the semiconductor device, and the A / D conversion method according to the embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention is not limited to this embodiment.
(実施形態)
従来、A/D(Analog-to-Digital)変換回路の比較回路においてダイナミック型コンパレータの前段にプリアンプを設け、比較動作時に後段のコンパレータのオフセットがA/D変換特性に現れない程度までコンパレータ入力電圧をプリアンプで増幅することにより、コンパレータのオフセットを補正する技術がある。また、比較回路にプリアンプを設けない構成もある。例えば、コンパレータ(比較回路)にディジタル値でオフセット電圧を調整する回路を設け、予めコンパレータのオフセット電圧を補正するためのディジタル値を設定することにより、コンパレータのオフセットを補正する技術がある。
(Embodiment)
Conventionally, in the comparison circuit of the A / D (Analog-to-Digital) conversion circuit, a preamplifier is provided in front of the dynamic comparator, and the comparator input voltage is such that the offset of the comparator in the latter stage does not appear in the A / D conversion characteristics during the comparison operation. There is a technique for correcting the offset of the comparator by amplifying the power with a preamplifier. There is also a configuration in which a preamplifier is not provided in the comparison circuit. For example, there is a technique for correcting the offset of a comparator by providing a circuit for adjusting the offset voltage with a digital value in a comparator (comparison circuit) and setting a digital value for correcting the offset voltage of the comparator in advance.
しかしながら、従来技術では、プリアンプを設けることにより消費電力が増大し、また、比較動作時のプリアンプの電圧増幅期間によりA/D変換速度が低下する。一方で、消費電力やA/D変換速度を優先して比較回路にプリアンプを設けない場合、温度や電圧などの使用環境の変化により生じるコンパレータ(比較回路)のオフセット変動を補正することができない。 However, in the prior art, the power consumption increases by providing the preamplifier, and the A / D conversion speed decreases depending on the voltage amplification period of the preamplifier during the comparative operation. On the other hand, if the preamplifier is not provided in the comparison circuit with priority given to power consumption and A / D conversion speed, it is not possible to correct the offset fluctuation of the comparator (comparison circuit) caused by changes in the usage environment such as temperature and voltage.
そこで、本実施形態では、実動作時にコンパレータ(比較回路)のオフセット電圧をディジタル値で制御することによりオフセットを補正し、高精度な高速A/D変換を実現する。 Therefore, in the present embodiment, the offset is corrected by controlling the offset voltage of the comparator (comparison circuit) with a digital value during actual operation, and high-precision high-speed A / D conversion is realized.
以下、逐次変換(Successive Approximation Register:SAR)型のA/D変換を行う場合を例として、実施形態に係るA/D変換回路、半導体装置及びA/D変換方法について説明する。 Hereinafter, the A / D conversion circuit, the semiconductor device, and the A / D conversion method according to the embodiment will be described by taking the case of performing the Successive Approximation Register (SAR) type A / D conversion as an example.
図1は、実施形態に係るA/D変換回路10の構成の一例を示す図である。A/D変換回路10は、図1に示すように、オフセット可変比較回路11、電圧生成回路12、オフセット補正制御回路15、A/D変換用のD/A(Digital-to-Analog)変換回路17、A/D変換制御回路18、複数のスイッチSSW,DSW,CSWN,CSWP及び複数の容量素子CS1,CS2を有する。ここで、電圧生成回路12は、等電位化回路の一例である。オフセット補正制御回路15は、第1の制御回路の一例である。A/D変換制御回路18は、第2の制御回路の一例である。スイッチCSWNは、第1のスイッチの一例である。スイッチCSWPは、第2のスイッチの一例である。容量素子CS1は、第1の容量素子の一例である。容量素子CS2は、第2の容量素子の一例である。
FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of the A /
A/D変換回路10は、入力されたアナログ信号AINを容量素子CS1に充電し、充電されたサンプリング電圧と参照電圧とをオフセット可変比較回路11で比較することにより入力されたアナログ信号AINを量子化し、入力されたアナログ信号AINに応じたディジタル信号DOUTを出力する回路である。
The A /
図1に示すように、A/D変換回路10には、A/D変換の実動作時にオフセット可変比較回路11のオフセット電圧をディジタル値で制御するオフセット補正制御回路15が設けられている。オフセット補正制御回路15は、A/D変換の実動作時において、サンプリング動作中にオフセット可変比較回路11のオフセット電圧がゼロとなるディジタルコードをサーチする。ディジタルコードのサーチは、例えばA/D変換の逐次比較動作に類似する動作である。オフセット補正制御回路15は、得られたディジタルコードに応じてオフセット可変比較回路11のオフセット電圧をサンプリング動作中に調整する。
As shown in FIG. 1, the A /
このように、本実施形態に係るA/D変換回路10は、実動作時において、サンプリング期間にオフセット可変比較回路11のオフセット電圧をディジタル値で制御することにより変換期間にオフセット可変比較回路11のオフセットを補正するため、高精度な高速A/D変換を実現することができる。
As described above, in the actual operation of the A /
以下、本実施形態に係るA/D変換回路10について、より詳細に説明をする。
Hereinafter, the A /
オフセット可変比較回路11は、容量素子CS1に充電されたサンプリング電圧と、容量素子CS2に充電された参照電圧(グラウンド電位)とを比較し、その比較結果を出力する回路である。オフセット可変比較回路11の詳細については、後述する(図2参照)。
The offset
電圧生成回路12は、オフセット補正用の所定の電圧を生成する回路である。電圧生成回路12の出力ノードは、スイッチCSWNを介して、オフセット可変比較回路11の第1の入力ノードINNに電気的に接続される。また、電圧生成回路12の出力ノードは、スイッチCSWPを介して、オフセット可変比較回路11の第2の入力ノードINPに電気的に接続される。また、電圧生成回路12には、A/D変換制御回路18から制御信号が入力される。
The
オフセット補正制御回路15は、A/D変換のサンプリング動作中にオフセット可変比較回路11のオフセット補正アナログ回路14の制御値(ディジタルコード)を決定する回路である。また、オフセット補正制御回路15は、決定された制御値(ディジタルコード)をオフセット可変比較回路11のオフセット制御ノードCTLに供給する回路である。オフセット補正制御回路15の詳細については、後述する(図3参照)。
The offset
A/D変換用のD/A変換回路17は、入力されたディジタル信号(ディジタルコード)をアナログ信号に変換し、変換されたアナログ信号を容量素子CS1に供給する回路である。ディジタルコードは、A/D変換制御回路18から供給される。D/A変換回路17は、A/D変換制御回路18に電気的に接続される。また、D/A変換回路17は、スイッチDSWを介して、容量素子CS1に電気的に接続される。
The D /
A/D変換制御回路18は、オフセット可変比較回路11が出力するMSBからLSBまでの複数のビット値をディジタル信号DOUTとしてとして出力する回路である。また、A/D変換制御回路18は、オフセット可変比較回路11、電圧生成回路12、オフセット補正制御回路15及び複数のスイッチSSW,DSW,CSWN,CSWPを制御する制御信号(φ0,φ1,φ2,φSSW,φDSW,φCSWN,φCSWPを含む)を出力する回路である。A/D変換制御回路18は、オフセット可変比較回路11の出力ノードCOMPOUT、A/D変換用のD/A変換回路17の入力ノード及びA/D変換された入力信号(ディジタル信号DOUT)の出力ノードに電気的に接続される。また、A/D変換制御回路18は、オフセット可変比較回路11、電圧生成回路12、オフセット補正制御回路15及び複数のスイッチSSW,DSW,CSWN,CSWPに電気的に接続される。
The A / D
スイッチSSWは、A/D変換制御回路18から供給されるスイッチング信号φSSWに応じて、オン状態とオフ状態とが切り替わるスイッチである。スイッチSSWは、一端がA/D変換対象のアナログ信号(入力信号AIN)の入力ノードに電気的に接続され、他の一端が容量素子CS1に電気的に接続され、制御ノードがA/D変換制御回路18に電気的に接続される。
The switch SSW is a switch that switches between an on state and an off state according to the switching signal φSSW supplied from the A / D
スイッチDSWは、A/D変換制御回路18から供給されるスイッチング信号φDSWに応じて、オン状態とオフ状態とが切り替わるスイッチである。スイッチDSWは、一端がD/A変換回路17の出力ノードに電気的に接続され、他の一端が容量素子CS2に電気的に接続され、制御ノードがA/D変換制御回路18に電気的に接続される。
The switch DSW is a switch that switches between an on state and an off state according to the switching signal φDSW supplied from the A / D
スイッチCSWNは、A/D変換制御回路18から供給されるスイッチング信号φCSWNに応じて、オン状態とオフ状態とが切り替わるスイッチである。具体的には、スイッチCSWNは、一端が電圧生成回路12の出力ノードに電気的に接続され、他の一端が容量素子CS1に電気的に接続され、制御ノードがA/D変換制御回路18に電気的に接続される。また、スイッチCSWPは、A/D変換制御回路18から供給されるスイッチング信号φCSWPに応じて、オン状態とオフ状態とが切り替わるスイッチである。具体的には、スイッチCSWPは、一端が電圧生成回路12の出力ノードに電気的に接続され、他の一端が容量素子CS2に電気的に接続され、制御ノードがA/D変換制御回路18に電気的に接続される。なお、複数のスイッチCSWN,CSWPの制御ノードは、オフセット補正制御回路15に電気的に接続されていてもよい。換言すれば、スイッチング信号φCSWN,φCSWPは、例えばA/D変換制御回路18からの制御信号に応じてオフセット補正制御回路15により生成され、オフセット補正制御回路15からスイッチCSWN,CSWPに供給されてもよい。
The switch CSWAN is a switch that switches between an on state and an off state according to the switching signal φCSWAN supplied from the A / D
複数の容量素子CS1,CS2は、供給されたアナログ信号の電荷を蓄えるサンプリング容量である。容量素子CS1は、一端がスイッチSSW及びスイッチDSWに電気的に接続され、他の一端がスイッチCSWN及び第1の入力ノードINNに電気的に接続される。容量素子CS2は、一端がグラウンド電位となるノード(基準電位が供給される接地線)に電気的に接続され、他の一端がスイッチCSWP及び第2の入力ノードINPに電気的に接続される。 The plurality of capacitance elements CS1 and CS2 are sampling capacitances for storing the charges of the supplied analog signals. One end of the capacitive element CS1 is electrically connected to the switch SSW and the switch DSW, and the other end is electrically connected to the switch CSWAN and the first input node INN. One end of the capacitive element CS2 is electrically connected to a node having a ground potential (a ground wire to which a reference potential is supplied), and the other end is electrically connected to a switch CSWP and a second input node INP.
ここで、実施形態に係るオフセット可変比較回路11について、より詳細に説明する。図2は、図1のオフセット可変比較回路11の構成の一例を示す図である。
Here, the offset
オフセット可変比較回路11は、図1及び図2に示すように、比較回路(コンパレータ)111及びオフセット補正アナログ回路14をさらに有する。また、オフセット可変比較回路11には、第1の入力ノードINN、第2の入力ノードINP、オフセット制御ノードCTL及び出力ノードCOMPOUTが設けられている。ここで、オフセット補正アナログ回路14は、オフセット調整回路の一例である。
As shown in FIGS. 1 and 2, the offset
第1の入力ノードINNには、実動作時のサンプリング期間において、スイッチCSWNを介して、電圧生成回路12から供給される所定の電圧が印加される。また、第1の入力ノードINNには、実動作時の変換期間において、容量素子CS1に充電されたサンプリング電圧が印加される。具体的には、第1の入力ノードINNは、反転入力端子(−)である。第1の入力ノードINNは、容量素子CS1に電気的に接続される。
A predetermined voltage supplied from the
第2の入力ノードINPには、実動作時のサンプリング期間において、スイッチCSWPを介して、電圧生成回路12から供給される所定の電圧が印加される。また、第2の入力ノードINPには、実動作時の変換期間において、容量素子CS2に充電された参照電圧が印加される。具体的には、第2の入力ノードINPは、非反転入力端子(+)である。第2の入力ノードINPは、容量素子CS2に電気的に接続される。
A predetermined voltage supplied from the
オフセット制御ノードCTLには、オフセット補正制御回路15からディジタルの制御信号(ディジタルコード)が入力される。入力された制御信号は、オフセット補正アナログ回路14に供給される。具体的には、オフセット制御ノードCTLは、オフセット補正制御回路15の出力ノード及びオフセット補正アナログ回路14に電気的に接続される。
A digital control signal (digital code) is input from the offset
出力ノードCOMPOUTは、比較回路111による増幅結果(ハイレベル又はローレベルの信号)、すなわちオフセット可変比較回路11による比較結果を出力する。出力された比較結果は、実動作時のサンプリング期間においてオフセット補正制御回路15の入力ノードに供給され、実動作時の変換期間においてA/D変換制御回路18の入力ノードに供給される。具体的には、出力ノードCOMPOUTは、オフセット補正制御回路15の入力ノード及びA/D変換制御回路18の入力ノードに電気的に接続される。
The output node COMPOUT outputs the amplification result (high level or low level signal) by the
比較回路111は、第1の入力ノードINNに印加された電圧と、第2の入力ノードINPに印加された電圧とを比較する差動増幅回路である。比較回路111の増幅動作は、オフセット補正アナログ回路14により調整される。比較回路111は、A/D変換制御回路18からクロック入力ノードCLKを介して入力されるクロックφ1(φ11,φ12,φ13,φ14),φ2(φ21,φ22,φ23,φ24)に応じて増幅動作を開始する。具体的には、比較回路111は、第1の入力ノードINN、第2の入力ノードINP、出力ノードCOMPOUT、クロック入力ノードCLK及びオフセット補正アナログ回路14に電気的に接続される。より具体的には、比較回路111は、図2に示すように、第1のアナログ制御ノードACTL_N、第2のアナログ制御ノードACTL_P、複数のNMOSトランジスタNM1,NM2,NM3,NM4,NM5及び複数のPMOSトランジスタPM1,PM2,PM3,PM4,PM5,PM6を有する。
The
第1のアナログ制御ノードACTL_Nは、比較回路111の負極性側に設けられたオフセット調整用のアナログノードであり、第2のアナログ制御ノードACTL_Pは、比較回路111の正極性側に設けられたオフセット調整用のアナログノードである。2つのアナログ制御ノードACTL_N,ACTL_Pは、オフセット補正アナログ回路14に電気的に接続される。
The first analog control node ACTL_N is an analog node for offset adjustment provided on the negative electrode side of the
NMOSトランジスタNM1は、ゲートがクロック入力ノードCLKに電気的に接続され、ソースがグラウンド電位となるノードに電気的に接続され、ドレインがNMOSトランジスタNM2,NM3の各ソースに電気的に接続される。 In the NMOS transistor NM1, the gate is electrically connected to the clock input node CLK, the source is electrically connected to the node having the ground potential, and the drain is electrically connected to each source of the NMOS transistors NM2 and NM3.
NMOSトランジスタNM2は、ゲートが第1の入力ノードINNに電気的に接続され、ソースがNMOSトランジスタNM1のドレイン及びNMOSトランジスタNM3のソースに電気的に接続され、ドレインがPMOSトランジスタPM5のドレイン、第2のアナログ制御ノードACTL_P及びPMOSトランジスタPM1のゲートに電気的に接続される。 In the NMOS transistor NM2, the gate is electrically connected to the first input node INN, the source is electrically connected to the drain of the NMOS transistor NM1 and the source of the NMOS transistor NM3, and the drain is the drain of the NMOS transistor PM5, the second. It is electrically connected to the gate of the analog control node ACTL_P and the MOSFET transistor PM1.
NMOSトランジスタNM3は、ゲートが第2の入力ノードINPに電気的に接続され、ソースがNMOSトランジスタNM1のドレイン及びNMOSトランジスタNM2のソースに電気的に接続され、ドレインがPMOSトランジスタPMOS6のドレイン、第1のアナログ制御ノードACTL_N及びPMOSトランジスタPM2のゲートに電気的に接続される。 In the NMOS transistor NM3, the gate is electrically connected to the second input node INP, the source is electrically connected to the drain of the NMOS transistor NM1 and the source of the NMOS transistor NM2, and the drain is the drain of the NMOS transistor NM6, the first. It is electrically connected to the gate of the analog control node ACTL_N and the MOSFET transistor PM2.
NMOSトランジスタNM4は、ゲートがPMOSトランジスタPM4のゲートに電気的に接続され、ソースがグラウンド電位となるノードに電気的に接続され、ドレインがPMOSトランジスタPM3のドレインに電気的に接続される。 In the NMOS transistor NM4, the gate is electrically connected to the gate of the NMOS transistor PM4, the source is electrically connected to the node where the ground potential is reached, and the drain is electrically connected to the drain of the NMOS transistor PM3.
NMOSトランジスタNM5は、ゲートがPMOSトランジスタPM3のゲートに電気的に接続され、ソースがグラウンド電位となるノードに電気的に接続され、ドレインがPMOSトランジスタPM4のドレインに電気的に接続される。 In the NMOS transistor NM5, the gate is electrically connected to the gate of the NMOS transistor PM3, the source is electrically connected to the node where the ground potential is reached, and the drain is electrically connected to the drain of the NMOS transistor PM4.
PMOSトランジスタPM1は、ゲートがNMOSトランジスタNM2のドレイン、PMOSトランジスタPM5のドレイン及び第2のアナログ制御ノードACTL_Pに電気的に接続され、ソースが電源電位となるノードに電気的に接続され、ドレインがPMOSトランジスタPM3のソースに電気的に接続される。 In the MOSFET transistor PM1, the gate is electrically connected to the drain of the NMOS transistor NM2, the drain of the NMOS transistor PM5, and the second analog control node ACTL_P, the source is electrically connected to the node where the power supply potential is obtained, and the drain is epitaxial. It is electrically connected to the source of the transistor PM3.
PMOSトランジスタPM2は、ゲートがNMOSトランジスタNM3のドレイン、PMOSトランジスタPM6のドレイン及び第1のアナログ制御ノードACTL_Nに電気的に接続され、ソースが電源電位となるノードに電気的に接続され、ドレインがPMOSトランジスタPM4のソース及び出力ノードCOMPOUTに電気的に接続される。 In the MOSFET transistor PM2, the gate is electrically connected to the drain of the NMOS transistor NM3, the drain of the NMOS transistor PM6, and the first analog control node ACTL_N, and the source is electrically connected to the node where the power supply potential is obtained, and the drain is electrically connected to the MOSFET. It is electrically connected to the source and output nodes COMPOUT of the transistor PM4.
PMOSトランジスタPM3は、ゲートがNMOSトランジスタNM5のゲートに電気的に接続され、ソースがPMOSトランジスタPM1のドレインに電気的に接続され、ドレインがNMOSトランジスタNM4のドレインに電気的に接続される。 In the NMOS transistor PM3, the gate is electrically connected to the gate of the NMOS transistor NM5, the source is electrically connected to the drain of the NMOS transistor PM1, and the drain is electrically connected to the drain of the NMOS transistor NM4.
PMOSトランジスタPM4は、ゲートがNMOSトランジスタNM4のゲートに電気的に接続され、ソースがPMOSトランジスタPM2のドレイン及び出力ノードCOMPOUTに電気的に接続され、ドレインがNMOSトランジスタNM5のドレインに電気的に接続される。 In the NMOS transistor PM4, the gate is electrically connected to the gate of the NMOS transistor NM4, the source is electrically connected to the drain of the NMOS transistor PM2 and the output node COMPOUT, and the drain is electrically connected to the drain of the NMOS transistor NM5. To.
PMOSトランジスタPM5は、ゲートがクロックノードCLKに電気的に接続され、ソースが電源電位となるノードに電気的に接続され、ドレインがNMOSトランジスタNM2のドレイン、PMOSトランジスタPM1のゲート及び第2のアナログ制御ノードACTL_Pに電気的に接続される。 In the MOSFET transistor PM5, the gate is electrically connected to the clock node CLK, the source is electrically connected to the node where the power potential becomes, and the drain is the drain of the NMOS transistor NM2, the gate of the NMOS transistor PM1, and the second analog control. It is electrically connected to the node MOSFET_P.
PMOSトランジスタPM6は、ゲートがクロックノードCLKに電気的に接続され、ソースが電源電位となるノードに電気的に接続され、ドレインがNMOSトランジスタNM3のドレイン、PMOSトランジスタPM2のゲート及び第1のアナログ制御ノードACTL_Nに電気的に接続される。 In the MOSFET transistor PM6, the gate is electrically connected to the clock node CLK, the source is electrically connected to the node where the power potential becomes, and the drain is the drain of the NMOS transistor NM3, the gate of the NMOS transistor PM2, and the first analog control. It is electrically connected to the node MOSFET_N.
オフセット補正アナログ回路14は、比較回路111のオフセット電圧を調整する回路である。より詳細には、オフセット補正アナログ回路14は、オフセット補正制御回路15からオフセット制御ノードCTLを介して制御値(ディジタルコード)が入力される。オフセット補正アナログ回路14は、供給されたディジタルコードに応じて、比較回路111のオフセット電圧を変化させる回路である。このことから、オフセット補正アナログ回路14は、オフセット補正用のD/A変換回路と表現することもできる。具体的には、オフセット補正アナログ回路14は、容量可変のオフセット調整回路及び容量固定のオフセット調整回路を有する。
The offset
容量可変のオフセット調整回路は、オフセット補正制御回路15からオフセット制御ノードCTLを介して入力されるディジタルコードに応じて、比較回路111のオフセット電圧を変化させる回路である。具体的には、容量可変のオフセット調整回路は、比較回路111の第2の入力ノードINP(非反転入力(+))側に設けられる。より具体的には、容量可変のオフセット調整回路は、比較回路111の第2のアナログ制御ノードACTL_Pに接続される。容量可変のオフセット調整回路は、複数の容量素子C1,C2,C3,C4及び複数のスイッチSW1,SW2,SW3,SW4を有する。
The capacity-variable offset adjustment circuit is a circuit that changes the offset voltage of the
複数の容量素子C1,C2,C3,C4は、比較回路111から供給される電荷を蓄える容量である。4つの容量素子C1,C2,C3,C4には、例えばバイナリの重み付けがされている。一例として、4つの容量素子C1,C2,C3,C4の容量比は、C1:C2:C3:C4=8:4:2:1である。具体的には、複数の容量素子C1,C2,C3,C4は、一端が比較回路111のNMOSトランジスタNM3のドレイン及びPMOSトランジスタPM2のゲートに電気的に接続される。容量素子C1は、他の一端がスイッチSW1に電気的に接続される。容量素子C2は、他の一端がスイッチSW2に電気的に接続される。容量素子C3は、他の一端がスイッチSW3に電気的に接続される。容量素子C4は、他の一端がスイッチSW4に電気的に接続される。
The plurality of capacitance elements C1, C2, C3, and C4 are capacitances for storing electric charges supplied from the
複数のスイッチSW1,SW2,SW3,SW4は、複数の容量素子C1,C2,C3,C4と、グラウンド電位となるノード(基準電位が供給される接地線)との電気的な接続/非接続を切り替えるスイッチである。複数のスイッチSW1,SW2,SW3,SW4の各々は、オフセット制御ノードCTLを介してオフセット補正制御回路15から供給されるディジタルコードの各ビットの値(スイッチング信号)に応じて動作する。具体的には、スイッチSW1は、容量素子C1と接地線との間に設けられ、スイッチング信号φSW1に応じて動作する。スイッチSW2は、容量素子C2と接地線との間に設けられ、スイッチング信号φSW2に応じて動作する。スイッチSW3は、容量素子C3と接地線との間に設けられ、スイッチング信号φSW3に応じて動作する。スイッチSW4は、容量素子C4と接地線との間に設けられ、スイッチング信号φSW4に応じて動作する。複数のスイッチSW1,SW2,SW3,SW4としては、例えば各制御ノード(ゲート)がオフセット制御ノードCTLに接続されるMOSトランジスタが使用可能である。
The plurality of switches SW1, SW2, SW3, and SW4 electrically connect / disconnect the plurality of capacitive elements C1, C2, C3, and C4 to the node (ground wire to which the reference potential is supplied) that becomes the ground potential. It is a switch to switch. Each of the plurality of switches SW1, SW2, SW3, and SW4 operates according to the value (switching signal) of each bit of the digital code supplied from the offset
容量固定のオフセット調整回路は、比較回路111の第1の入力ノードINN(反転入力(−))側に設けられる。具体的には、容量固定のオフセット調整回路は、比較回路111の第1のアナログ制御ノードACTL_Nに接続される。容量固定のオフセット調整回路は、容量素子C5を有する。容量素子C5は、比較回路111から供給される電荷を蓄える容量である。具体的には、容量素子C5は、一端が比較回路111のNMOSトランジスタNM2のドレイン及びPMOSトランジスタPM1のゲートに電気的に接続され、他の一端がグラウンド電位となるノードに電気的に接続される。
The capacity-fixed offset adjustment circuit is provided on the first input node INN (inverted input (−)) side of the
ここで、実施形態に係るオフセット補正制御回路15について、より詳細に説明する。図3は、図1のオフセット補正制御回路15の構成の一例を示す図である。
Here, the offset
図1に示すように、オフセット補正制御回路15は、オフセット可変比較回路11の出力ノードCOMPOUT及びオフセット制御ノードCTLに電気的に接続される。また、オフセット補正制御回路15には、A/D変換制御回路18から制御信号が入力される。
As shown in FIG. 1, the offset
オフセット補正制御回路15は、オフセット補正アナログ回路14による増幅動作の調整量を決定する回路である。より詳細には、オフセット補正制御回路15は、オフセット補正動作の制御値(ディジタルコード)を決定し、決定されたディジタルコードをオフセット補正アナログ回路14に供給する回路である。具体的には、オフセット補正制御回路15は、図3に示すように、クロック生成回路151、逐次比較レジスタ152及び出力レジスタ153を有する。
The offset
クロック生成回路151には、A/D変換制御回路18からクロック(制御信号)φ0,φ1(φ11,φ12,φ13,φ14)が入力される。クロック生成回路151は、入力されたクロックφ0,φ1に応じてクロックを生成し、生成されたクロックを逐次比較レジスタ152又は出力レジスタ153に供給する回路である。具体的には、クロック生成回路151は、複数の出力ノードを有し、複数の出力ノードは、逐次比較レジスタ152の複数の入力ノード及び出力レジスタ153に電気的に接続される。
Clocks (control signals) φ0 and φ1 (φ11, φ12, φ13, φ14) are input to the
逐次比較レジスタ152は、クロック生成回路151から供給されたクロックに同期して、オフセット可変比較回路11の出力ノードCOMPOUTから出力された比較結果に応じて上位ビットから順に値を決定していく逐次比較制御を行う回路である。具体的には、逐次比較レジスタ152は、オフセット可変比較回路11の出力ノードCOMPOUT、クロック生成回路151の複数の出力ノード及び出力レジスタ153の複数の入力ノードに電気的に接続される。
The
出力レジスタ153は、逐次比較レジスタ152の各段のレジスタから出力された複数のビット値やオフセット補正アナログ回路14に供給するディジタルコード(制御値)の初期値を保持する回路である。また、出力レジスタ153は、クロック生成回路151から供給されたクロックに同期して、保持された複数のビット値(ディジタルコード)をオフセット補正アナログ回路14に供給する回路である。具体的には、出力レジスタ153は、逐次比較レジスタ152の複数の出力ノード、クロック生成回路151及びオフセット補正アナログ回路14の複数のオフセット制御ノードCTLに電気的に接続される。
The
ここで、実施形態に係るA/D変換回路10の動作の一例について説明する。図4は、図1のA/D変換回路10の動作タイミングの一例を示す図である。図4には、実動作時における、A/D変換の複数のサイクルのうちの1つのサイクル1が例示されている。各サイクルは、サンプリング期間と、変換期間とを含む。
Here, an example of the operation of the A /
以下、A/D変換回路10のA/D変換制御回路18が4ビットの逐次比較レジスタを有する場合を例として説明する。この場合、出力レジスタ153からオフセット補正アナログ回路14に供給されるディジタルコード(制御値)は、4bitのコードであり、4つの容量素子C1,C2,C3,C4に接続される4つのスイッチSW1,SW2,SW3,SW4のオン/オフ状態を示すものとする。ここで、図2に示す例では、4つの容量素子C1,C2,C3,C4は、4つのスイッチSW1,SW2,SW3,SW4がオン状態であるときに電荷を蓄えるとする。
Hereinafter, a case where the A / D
なお、ディジタルコードのビット数、すなわち、オフセット補正アナログ回路14によるオフセット電圧の調整階調は、要求されるオフセット補正の分解能(精度)や補正可能な電圧幅に応じて適宜設定され得る。ここで、ディジタルコード(制御値)は、オフセット補正アナログ回路14によるオフセット電圧の調整階調に対応するビット数を有するとも表現できる。
The number of bits of the digital code, that is, the adjustment gradation of the offset voltage by the offset
まず、サンプリング期間(図4のt1〜t2,t3〜)における動作について説明する。 First, the operation during the sampling period (t1 to t2, t3 to FIG. 4) will be described.
タイミングt1において、A/D変換が開始され、入力信号AINのサンプリングが開始される。具体的には、A/D変換制御回路18は、ハイレベルのスイッチング信号φSSWを生成し、スイッチSSWの制御ノードに供給する。スイッチSSWは、供給されたスイッチング信号φSSWに応じてオフ状態からオン状態へ遷移する。容量素子CS1には、スイッチSSWがオン状態である期間に、入力信号AINが入力され、サンプリング電圧が充電される。
At timing t1, A / D conversion is started and sampling of the input signal AIN is started. Specifically, the A / D
また、タイミングt1において、オフセット補正動作が開始される。具体的には、A/D変換制御回路18は、ハイレベルのスイッチング信号φCSWNを生成し、スイッチCSWNの制御ノードに供給する。スイッチCSWNは、供給されたスイッチング信号φCSWNに応じてオフ状態からオン状態へ遷移する。また、A/D変換制御回路18は、ハイレベルのスイッチング信号φCSWPを生成し、スイッチCSWPの制御ノードに供給する。スイッチCSWPは、供給されたスイッチング信号φCSWPに応じてオフ状態からオン状態へ遷移する。電圧生成回路12は、スイッチCSWN,CSWPを介して、容量素子CS1,CS2の逆極性側、すなわちオフセット可変比較回路11の入力ノードINN,INPにオフセット補正用の所定の電圧を印加する。2つの容量素子CS1,CS2には、電圧生成回路12から供給されたオフセット補正用の所定の電圧が充電される。このようにして、オフセット可変比較回路11の2つの入力ノードINN,INPは、サンプリング期間中に等電位になる。
Further, at the timing t1, the offset correction operation is started. Specifically, the A / D
なお、オフセット補正用の所定の電圧としては、例えば中間電圧(コモン電圧)が使用可能であるが、オフセット可変比較回路11が動作する電圧であって、2つの入力ノードINN,INPが等電位となる電圧であればよい。
As a predetermined voltage for offset correction, for example, an intermediate voltage (common voltage) can be used, but it is a voltage at which the offset
タイミングt11に先立って、オフセット補正制御回路15は、ディジタルコードの初期値を用いて、オフセット可変比較回路11のオフセット電圧の初期値を設定する。ディジタルコードの初期値は、例えば出力レジスタ153に保持される。ディジタルコードの初期値としては、例えばセンター値「1000[bin]」が使用可能である。ここで、センター値は、オフセット可変比較回路11がオフセットの無い理想状態であるときに、オフセット補正アナログ回路14にオフセットを発生させないディジタルコードであるとする。具体的には、A/D変換制御回路18は、例えばハイレベルのスイッチング信号φSSWに同期してクロックφ0を生成し、オフセット補正制御回路15のクロック生成回路151に供給する。クロック生成回路151は、入力された制御信号φ0に応じてクロックを生成し、出力レジスタ153に供給する。出力レジスタ153は、供給されたクロックに応じて、保持されたディジタルコードの初期値をオフセット補正アナログ回路14にオフセット制御ノードCTLを介して供給する。つまり、オフセット補正制御回路15は、ディジタルコードの初期値をオフセット補正アナログ回路14に設定する。オフセット補正アナログ回路14では、供給されたディジタルコードの初期値に応じて複数のスイッチSW1,SW2,SW3,SW4の状態が遷移され、ディジタルコードの初期値に応じたオフセット電圧の初期値が設定される。
Prior to the timing t11, the offset
なお、オフセット可変比較回路11のオフセット電圧の初期値の設定、すなわちクロックφ0の生成は、ハイレベルのスイッチング信号φSSWに同期する場合に限らず、ハイレベルのスイッチング信号φCSWN,φCSWPに同期していてもよいし、これらのハイレベルのスイッチング信号が生成された後であってもよい。さらに、サンプリング期間が開始される前に、オフセット可変比較回路11のオフセット電圧の初期値の設定が行われてもよい。
The setting of the initial value of the offset voltage of the offset
タイミングt11において、オフセット可変比較回路11は、クロックφ11に従い、等電位化された2つの入力ノードINN,INPに関する比較動作を行い、比較結果を出力する。ここで出力される比較結果は、センター値「1000[bin]」に対応するオフセット可変比較回路11のオフセットに従った比較結果である。その後、オフセット補正制御回路15は、オフセット可変比較回路11の出力結果に基づいて、最上位ビットのディジタルコードを決定する。また、オフセット補正制御回路15は、2ビット目のディジタルコードを「1」に設定する。
At the timing t11, the offset
タイミングt12において、オフセット可変比較回路11は、クロックφ12に従い、タイミングt11と同様に比較動作を行い、比較結果を出力する。ここで出力される比較結果は、タイミングt12に先立って2ビット目が「1」に設定されたディジタルコードに対応するオフセット可変比較回路11のオフセット電圧に従った比較結果である。その後、オフセット補正制御回路15は、オフセット可変比較回路11の出力結果に基づいて、2ビット目のディジタルコードを決定する。
At the timing t12, the offset
タイミングt13,t14におけるオフセット補正動作は、タイミングt12における補正動作と同様であり、オフセット補正制御回路15は、クロックφ13,φ14に従う比較動作の比較結果に基づいて、上位ビットから順にディジタルコードを決定する。
The offset correction operation at the timings t13 and t14 is the same as the correction operation at the timing t12, and the offset
なお、オフセット補正動作は、図4を参照して上述したように、A/D変換の要求精度に応じて必要となる長さに設定されたサンプリング期間内に完了させることが好ましい。サンプリング期間内にオフセット補正動作を完了させる場合には、A/D変換の変換速度を低下させることなく、オフセット補正したA/D変換が可能となる。このとき、オフセット補正動作が実行される期間であるオフセット調整期間は、サンプリング期間内の期間である。しかしながら、オフセット調整期間は、サンプリング期間内の期間である場合に限らない。つまり、オフセット補正動作が開始されるタイミングは、A/D変換対象のサンプリング開始と同時のタイミングであってもよいし、サンプリング開始前のタイミングであってもよいし、サンプリング開始後のタイミングであってもよい。また、オフセット補正動作が終了するタイミングは、A/D変換対象のサンプリング終了と同時のタイミングであってもよいし、サンプリング終了前のタイミングであってもよいし、サンプリング終了後のタイミングであってもよい。ただし、サンプリング開始前及び/又はサンプリング終了後の期間にオフセット補正動作が実行される場合には、A/D変換の変換速度は、サンプリング期間外のオフセット調整期間の分だけ低下することになる。この場合であっても、サンプリング期間内に含まれるオフセット調整期間の分だけA/D変換の変換速度の低下を抑制することができる。換言すれば、サンプリング期間に重複するオフセット調整期間にオフセット補正動作を実行することにより、A/D変換の変換速度の低下を抑制しつつ、オフセット補正したA/D変換が可能となる。 As described above with reference to FIG. 4, the offset correction operation is preferably completed within the sampling period set to the required length according to the required accuracy of the A / D conversion. When the offset correction operation is completed within the sampling period, the offset-corrected A / D conversion can be performed without reducing the conversion speed of the A / D conversion. At this time, the offset adjustment period, which is the period during which the offset correction operation is executed, is a period within the sampling period. However, the offset adjustment period is not limited to the period within the sampling period. That is, the timing at which the offset correction operation is started may be the timing at the same time as the sampling start of the A / D conversion target, the timing before the sampling start, or the timing after the sampling start. You may. Further, the timing at which the offset correction operation ends may be the timing at the same time as the end of sampling of the A / D conversion target, the timing before the end of sampling, or the timing after the end of sampling. May be good. However, if the offset correction operation is executed before the start of sampling and / or after the end of sampling, the conversion speed of the A / D conversion is reduced by the offset adjustment period outside the sampling period. Even in this case, the decrease in the conversion speed of the A / D conversion can be suppressed by the amount of the offset adjustment period included in the sampling period. In other words, by executing the offset correction operation during the offset adjustment period that overlaps with the sampling period, it is possible to perform offset-corrected A / D conversion while suppressing a decrease in the conversion speed of the A / D conversion.
次に、オフセット調整期間の後の変換期間(図4のt2〜t3)における動作について説明する。 Next, the operation in the conversion period (t2 to t3 in FIG. 4) after the offset adjustment period will be described.
タイミングt2において、入力信号AINのサンプリングが終了し、サンプリングされた入力信号AIN(サンプリング電圧)に関する量子化(比較動作)が開始される。具体的には、タイミングt2において、A/D変換制御回路18は、ローレベルのスイッチング信号φSSWを生成し、スイッチSSWの制御ノードに供給する。スイッチSSWは、供給されたスイッチング信号φSSWに応じてオン状態からオフ状態へ遷移する。その後、A/D変換制御回路18は、クロックφ2を生成し、サンプリング電圧に関する逐次比較動作を開始する。図4に示す例では、4つのクロックφ21,φ22,φ23,φ24が、4つのタイミングt21,t22,t23,t24において、4ビットの逐次比較レジスタに供給される場合が示されている。なお、A/D変換制御回路18は、4つのタイミングt21,t22,t23,t24に先立って、D/A変換回路17に制御信号を供給し、制御信号に応じた基準電圧を生成させる。また、A/D変換制御回路18は、ハイレベルのスイッチング信号φDSWを生成し、スイッチDSWの制御ノードに供給することにより、スイッチDSWをオフ状態からオン状態へ遷移させ、生成された基準電圧を容量素子CS1に供給する。このようにして、図1に示すオフセット可変比較回路11では、サンプリング電圧及び基準電圧の和と、参照電圧(グラウンド電位)とを逐次比較し、A/D変換された入力信号AIN(ディジタル信号DOUT)を出力する。その後、タイミングt3において、次のサイクルが開始される。
At the timing t2, the sampling of the input signal AIN is completed, and the quantization (comparison operation) regarding the sampled input signal AIN (sampling voltage) is started. Specifically, at the timing t2, the A / D
このように、オフセット補正制御回路15は、オフセット可変比較回路11の出力ノードCOMPOUTからの出力(2つの入力ノードが等電位であるときの比較結果)の値から、オフセット可変比較回路11のオフセットが最小となるディジタルコードを、上位ビットから逐次比較動作によりサーチし、決定する。換言すれば、オフセット補正制御回路15は、ディジタルコードのビット数に応じた回数の比較動作をオフセット可変比較回路11に実行させる。図2に示すように4bitでオフセット補正アナログ回路14及びオフセット補正制御回路15が構成される場合、オフセット補正用のディジタルコードは、4回の比較動作により決定することができる。
As described above, in the offset
なお、実施形態に係るオフセット補正動作は、オフセット可変比較回路の前段にプリアンプを設け、サンプリング期間中にプリアンプのオフセットをオートゼロ動作により補正し、比較動作時にプリアンプの増幅効果によって後段の比較回路のオフセットをシステム全体として小さくする、というアナログ動作によるオートゼロ手法に対し、プリアンプを設けず、比較回路のオフセットに関してディジタル動作によるオートゼロを行う、ということに相当すると表現できる。 In the offset correction operation according to the embodiment, a preamplifier is provided in the front stage of the variable offset comparison circuit, the offset of the preamplifier is corrected by the auto-zero operation during the sampling period, and the offset of the comparison circuit in the latter stage is corrected by the amplification effect of the preamplifier during the comparison operation. Can be expressed as equivalent to performing auto-zero by digital operation with respect to the offset of the comparison circuit without providing a preamplifier, as opposed to the auto-zero method by analog operation, which is to reduce the size of the entire system.
以上説明したように、実施形態に係るA/D変換回路10は、A/D変換対象のサンプリング期間に重複するオフセット調整期間にオフセット可変比較回路11のオフセット電圧をディジタル値で制御することにより、オフセット可変比較回路11のオフセットを補正するオフセット補正制御回路15を備える。換言すれば、実施形態に係るA/D変換回路10は、A/D変換対象のサンプリング期間に重複するオフセット調整期間にオフセット可変比較回路11のオフセット電圧をディジタル値で制御することにより、オフセット可変比較回路11のオフセットを補正する。より好ましくは、実施形態に係るA/D変換回路10は、A/D変換対象のサンプリング期間内のオフセット調整期間にオフセット可変比較回路11のオフセット電圧をディジタル値で制御することにより、オフセット可変比較回路11のオフセットを補正する。この構成/方法によれば、高精度、かつ、高速なA/D変換が実現される。
As described above, the A /
より具体的には、この構成/方法によれば、オフセット可変比較回路11のオフセット電圧がディジタル値で制御されることから、プリアンプを用いるA/D変換と比較して、低消費電力で高速なA/D変換が実現できる。
More specifically, according to this configuration / method, since the offset voltage of the offset
また、この構成/方法によれば、決定されたディジタルコードは、例えばオフセット補正制御回路15の出力レジスタ153等に保持しておくだけでよい。つまり、A/D変換結果から予め設定されたオフセット値を減算する処理は不要である。このため、減算処理が要求されるA/D変換と比較して、高速なA/D変換が実現できる。
Further, according to this configuration / method, the determined digital code need only be held in, for example, the
また、この構成/方法によれば、A/D変換の実動作時にオフセット補正動作が行われることから、A/D変換の変換動作は1回で済む。つまり、実動作時のA/D変換に先立って、基準とする電圧のA/D変換を行ってオフセット値を予め求めるといった2回のA/D変換は不要である。このため、実動作時のA/D変換及び基準とする電圧のA/D変換が要求されるA/D変換と比較して、簡易に高速なA/D変換が実現できる。 Further, according to this configuration / method, since the offset correction operation is performed during the actual operation of the A / D conversion, the conversion operation of the A / D conversion can be performed only once. That is, it is not necessary to perform two A / D conversions such as performing A / D conversion of the reference voltage and obtaining an offset value in advance prior to A / D conversion during actual operation. Therefore, a high-speed A / D conversion can be easily realized as compared with the A / D conversion in the actual operation and the A / D conversion in which the A / D conversion of the reference voltage is required.
また、この構成/方法によれば、A/D変換の実動作時にオフセット補正動作が行われることから、例えば温度や電圧などの使用環境の変化などによるオフセットの変動も補正できる。オフセット変動の補正は、A/D変換の変換精度の劣化の抑制に寄与する。このため、予め設定されたオフセット値の減算処理を行うA/D変換と比較して、高精度なA/D変換が実現できる。 Further, according to this configuration / method, since the offset correction operation is performed during the actual operation of the A / D conversion, it is possible to correct the offset fluctuation due to changes in the usage environment such as temperature and voltage. The correction of the offset fluctuation contributes to the suppression of deterioration of the conversion accuracy of the A / D conversion. Therefore, a highly accurate A / D conversion can be realized as compared with the A / D conversion that performs the subtraction process of the preset offset value.
なお、ディジタルコードのビット数、すなわち、オフセット補正アナログ回路14によるオフセット電圧の調整階調は、要求されるオフセット補正の分解能(精度)やレンジに応じて適宜設定され得る。
The number of bits of the digital code, that is, the adjustment gradation of the offset voltage by the offset
例えば、上記実施形態では、オフセット補正アナログ回路14の容量可変のオフセット調整回路が4つの容量素子を有する場合(2の4乗の調整階調)を例として説明したが、これに限らない。容量可変のオフセット調整回路が有する容量素子の数は、1つであってもよいし、3つ以下の複数の数であってもよいし、5つ以上の複数の数であってもよい。
For example, in the above embodiment, the case where the offset adjusting circuit of the offset
例えば、上記実施形態では、オフセット可変比較回路11の比較回路111の第2の入力ノードINP側(非反転入力ノード(+)側)にバイナリの重み付けがされた4つの容量素子C1,C2,C3,C4、すなわち容量可変のオフセット調整回路(オフセット補正アナログ回路14)を設ける場合を例として説明したが、これに限らない。オフセット補正アナログ回路14の容量可変のオフセット調整回路は、オフセット可変比較回路11の比較回路111の第1の入力ノードINN側(反転入力ノード(−)側)に設けられていてもよいし、これらの両方に設けられていてもよい。図5は、図1のオフセット可変比較回路11の構成の別の一例を示す図である。図5に示すオフセット可変比較回路11は、第1の入力ノードINN、第2の入力ノードINP、クロック入力ノードCLK、出力ノードCOMPOUT、比較回路111−1、オフセット補正アナログ回路14を有する。ここで、比較回路111−1は比較回路111の別の一例であり、以下の説明において、比較回路111−1と比較回路111とを区別せずに、比較回路111と記載する場合もある。
For example, in the above embodiment, the four capacitive elements C1, C2, and C3 in which the second input node INP side (non-inverting input node (+) side) of the
比較回路111−1は、2つの入力ノードINN,INP、出力ノードCOMPOUT及び2つのオフセット調整回路14−1,14−2に電気的に接続される。より具体的には、比較回路111−1は、複数のNMOSトランジスタNM11,NM12,NM13,NM14,NM15、複数のPMOSトランジスタPM11,PM12を有する。 The comparison circuit 111-1 is electrically connected to two input nodes INN and INP, an output node COMPOUT and two offset adjustment circuits 14-1 and 14-2. More specifically, the comparison circuit 111-1 has a plurality of NMOS transistors NM11, NM12, NM13, NM14, NM15, and a plurality of NMOS transistors PM11, PM12.
NMOSトランジスタNM11は、ゲートがクロック入力ノードCLKに電気的に接続され、ソースがグラウンド電位となるノードに電気的に接続され、ドレインがNMOSトランジスタNM12,NM13の各ソースに電気的に接続される。 In the NMOS transistor NM11, the gate is electrically connected to the clock input node CLK, the source is electrically connected to the node having the ground potential, and the drain is electrically connected to each source of the NMOS transistors NM12 and NM13.
NMOSトランジスタNM12は、ゲートが第2の入力ノードINPに電気的に接続され、ソースがNMOSトランジスタNM11のドレインに電気的に接続され、ドレインがNMOSトランジスタNM14のソース及び第1のアナログ制御ノードACTL_Nに電気的に接続される。 In the NMOS transistor NM12, the gate is electrically connected to the second input node INP, the source is electrically connected to the drain of the NMOS transistor NM11, and the drain is connected to the source of the NMOS transistor NM14 and the first analog control node ACTL_N. It is electrically connected.
NMOSトランジスタNM13は、ゲートが第1の入力ノードINNに電気的に接続され、ソースがNMOSトランジスタNM11のドレインに電気的に接続され、ドレインがNMOSトランジスタNM15のソース及び第2のアナログ制御ノードACTL_Pに電気的に接続される。 In the NMOS transistor NM13, the gate is electrically connected to the first input node INN, the source is electrically connected to the drain of the NMOS transistor NM11, and the drain is connected to the source of the NMOS transistor NM15 and the second analog control node ACTL_P. It is electrically connected.
NMOSトランジスタNM14は、ゲートがPMOSトランジスタPM11のゲート、NMOSトランジスタNM15のドレイン、PMOSトランジスタPM12のドレイン及び出力ノードCOMPOUTに電気的に接続され、ソースがNMOSトランジスタNM12のドレイン及び第1のアナログ制御ノードACTL_Nに電気的に接続され、ドレインがPMOSトランジスタPM11のドレイン、PMOSトランジスタPM12のゲート及びNMOSトランジスタNM15のゲートに電気的に接続される。 The gate of the NMOS transistor NM14 is electrically connected to the gate of the NMOS transistor PM11, the drain of the NMOS transistor NM15, the drain of the NMOS transistor PM12, and the output node COMPOUT, and the source is the drain of the NMOS transistor NM12 and the first analog control node ACTL_N. The drain is electrically connected to the drain of the NMOS transistor PM11, the gate of the NMOS transistor PM12, and the gate of the NMOS transistor NM15.
NMOSトランジスタNM15は、ゲートがPMOSトランジスタPM12のゲート、NMOSトランジスタNM14及びPMOSトランジスタPM11の各ドレインに電気的に接続され、ソースがNMOSトランジスタNM13のドレイン及び第2のアナログ制御ノードACTL_Pに電気的に接続され、ドレインがPMOSトランジスタPM12のドレイン、PMOSトランジスタPM11のゲート、NMOSトランジスタNM14のゲート及び出力ノードCOMPOUTに電気的に接続される。 In the NMOS transistor NM15, the gate is electrically connected to the gate of the NMOS transistor PM12, the drains of the NMOS transistor NM14 and the NMOS transistor PM11, and the source is electrically connected to the drain of the NMOS transistor NM13 and the second analog control node ACTL_P. The drain is electrically connected to the drain of the NMOS transistor PM12, the gate of the NMOS transistor PM11, the gate of the NMOS transistor NM14, and the output node COMPOUT.
PMOSトランジスタPM11は、ゲートがNMOSトランジスタNM14のゲート、PMOSトランジスタPM12のドレイン、NMOSトランジスタNM15のドレイン及び出力ノードCOMPOUTに電気的に接続され、ソースが電源電位となるノードに電気的に接続され、ドレインがNMOSトランジスタNM14のドレイン、PMOSトランジスタPM12のゲート及びNMOSトランジスタNM15のゲートに電気的に接続される。 In the NMOS transistor PM11, the gate is electrically connected to the gate of the NMOS transistor NM14, the drain of the NMOS transistor PM12, the drain of the NMOS transistor NM15, and the output node COMPOUT, and the source is electrically connected to the node where the power supply potential is obtained. Is electrically connected to the drain of the NMOS transistor NM14, the gate of the NMOS transistor PM12 and the gate of the NMOS transistor NM15.
PMOSトランジスタPM12は、ゲートがNMOSトランジスタNM15のゲート、PMOSトランジスタPM11のドレイン及びNMOSトランジスタNM14のドレインに電気的に接続され、ソースが電源電位となるノードに電気的に接続され、ドレインがNMOSトランジスタNM15のドレイン、PMOSトランジスタPM11のゲート、NMOSトランジスタNM14のゲート及び出力ノードCOMPOUTに電気的に接続される。 In the NMOS transistor PM12, the gate is electrically connected to the gate of the NMOS transistor NM15, the drain of the NMOS transistor PM11 and the drain of the NMOS transistor NM14, the source is electrically connected to the node which becomes the power supply potential, and the drain is the NMOS transistor NM15. Is electrically connected to the drain of the NMOS transistor PM11, the gate of the NMOS transistor NM14, and the output node COMPOUT.
オフセット補正アナログ回路14は、第1のオフセット調整回路14−1及び第2のオフセット調整回路14−2を有する。第1のオフセット調整回路14−1及び第2のオフセット調整回路14−2は、容量可変のオフセット調整回路であり、例えば図2の容量可変のオフセット調整回路と同様である。具体的には、第1のオフセット調整回路14−1及び第2のオフセット調整回路14−2は、オフセット補正制御回路15からオフセット制御ノードCTLを介して入力されるディジタルコードに応じて、比較回路111−1のオフセット電圧を変化させる回路である。
The offset
第1のオフセット調整回路14−1は、比較回路111−1の第2の入力ノードINP(非反転入力(+))側に設けられる。第1のオフセット調整回路14−1は、複数の容量素子C1−1,C2−1,C3−1,C4−1及び複数のスイッチSW1−1,SW2−1,SW3−1,SW4−1を有する。複数の容量素子C1−1,C2−1,C3−1,C4−1は、例えば図2のバイナリの重み付けがされた4つの容量素子C1,C2,C3,C4と同様であり、比較回路111−1から供給される電荷を蓄える容量である。複数の容量素子C1−1,C2−1,C3−1,C4−1は、一端が第1のアナログ制御ノードACTL_Nに電気的に接続される。容量素子C1−1の他の一端は、スイッチSW1−1を介してグラウンド電位となるノード(接地線)に電気的に接続される。容量素子C2−1の他の一端は、スイッチSW2−1を介してグラウンド電位となるノード(接地線)に電気的に接続される。容量素子C3−1の他の一端は、スイッチSW3−1を介してグラウンド電位となるノード(接地線)に電気的に接続される。容量素子C4−1の他の一端は、スイッチSW4−1を介してグラウンド電位となるノード(接地線)に電気的に接続される。複数のスイッチSW1−1,SW2−1,SW3−1,SW4−1は、オフセット制御ノードCTLを介して供給されるスイッチング信号(ディジタルコードの対応するビット値)に応じて動作するスイッチであり、例えば図2の複数のスイッチSW1,SW2,SW3,SW4と同様である。スイッチSW1−1は、スイッチング信号φSW1−1に応じて動作する。スイッチSW2−1は、スイッチング信号φSW2−1に応じて動作する。スイッチSW3−1は、−1スイッチング信号φSW3−1に応じて動作する。スイッチSW4−1は、スイッチング信号φSW4−1に応じて動作する。なお、複数のスイッチSW1−1,SW2−1,SW3−1,SW4−1としては、例えば各制御ノード(ゲート)がオフセット制御ノードCTLに接続されるMOSトランジスタが使用可能である。
The first offset adjustment circuit 14-1 is provided on the second input node INP (non-inverting input (+)) side of the comparison circuit 111-1. The first offset adjustment circuit 14-1 includes a plurality of capacitive elements C1-1, C2-1, C3-1, C4-1 and a plurality of switches SW1-1, SW2-1, SW3-1, SW4-1. Have. The plurality of capacitive elements C1-1, C2-1, C3-1, and C4-1 are similar to, for example, the four binary weighted capacitive elements C1, C2, C3, and C4 in FIG. 2, and the
第2のオフセット調整回路14−2は、比較回路111−1の第1の入力ノードINN(反転入力(−))側に設けられる。第2のオフセット調整回路14−2は、複数の容量素子C1−2,C2−2,C3−2,C4−2及び複数のスイッチSW1−2,SW2−2,SW3−2,SW4−2を有する。ここで、第2のオフセット調整回路14−2は、第1のオフセット調整回路14−1と同様である。複数の容量素子C1−2,C2−2,C3−2,C4−2は、複数の容量素子C1−1,C2−1,C3−1,C4−1と同様であり、比較回路111−1から供給される電荷を蓄える容量である。複数のスイッチSW1−2,SW2−2,SW3−2,SW4−2は、複数のスイッチSW1−1,SW2−1,SW3−1,SW4−1と同様であり、オフセット制御ノードCTLを介して供給されるスイッチング信号(ディジタルコードの対応するビット値)に応じて動作するスイッチである。複数の容量素子C1−2,C2−2,C3−2,C4−2は、一端が第2のアナログ制御ノードACTL_Pに電気的に接続される。容量素子C1−2の他の一端は、スイッチング信号/φSW1−2に応じて動作するスイッチSW1−2を介して、グラウンド電位となるノード(接地線)に電気的に接続される。容量素子C2−2の他の一端は、スイッチング信号/φSW2−2に応じて動作するスイッチSW2−2を介して、グラウンド電位となるノード(接地線)に電気的に接続される。容量素子C3−2の他の一端は、スイッチング信号/φSW3−2に応じて動作するスイッチSW3−2を介して、グラウンド電位となるノード(接地線)に電気的に接続される。容量素子C4−2の他の一端は、スイッチング信号/φSW4−2に応じて動作するスイッチSW4−2を介して、グラウンド電位となるノード(接地線)に電気的に接続される。 The second offset adjustment circuit 14-2 is provided on the first input node INN (inverted input (−)) side of the comparison circuit 111-1. The second offset adjustment circuit 14-2 includes a plurality of capacitive elements C1-2, C2-2, C3-2, C4-2 and a plurality of switches SW1-2, SW2-2, SW3-2, SW4-2. Have. Here, the second offset adjustment circuit 14-2 is the same as the first offset adjustment circuit 14-1. The plurality of capacitance elements C1-2, C2-2, C3-2, C4-2 are the same as the plurality of capacitance elements C1-1, C2-1, C3-1, C4-1, and the comparison circuit 111-1 It is the capacity to store the electric charge supplied from. The plurality of switches SW1-2, SW2-2, SW3-2, SW4-2 are the same as the plurality of switches SW1-1, SW2-1, SW3-1, SW4-1, and are via the offset control node CTL. It is a switch that operates according to the supplied switching signal (corresponding bit value of the digital code). One end of the plurality of capacitive elements C1-2, C2-2, C3-2, and C4-2 is electrically connected to the second analog control node ACTL_P. The other end of the capacitive element C1-2 is electrically connected to a node (ground wire) that becomes a ground potential via a switch SW1-2 that operates in response to a switching signal / φSW1-2. The other end of the capacitive element C2-2 is electrically connected to a node (ground wire) that becomes a ground potential via a switch SW2-2 that operates in response to a switching signal / φSW2-2. The other end of the capacitive element C3-2 is electrically connected to a node (ground wire) that becomes a ground potential via a switch SW3-2 that operates in response to a switching signal / φSW3-2. The other end of the capacitive element C4-2 is electrically connected to a node (ground wire) that becomes a ground potential via a switch SW4-2 that operates in response to a switching signal / φSW4-2.
なお、オフセット補正動作において、第1のオフセット調整回路14−1及び第2のオフセット調整回路14−2のためのディジタルコード(制御値)としては、2つのオフセット調整回路のうちの一方は上述したように決定されたディジタルコードが使用され、他の一方は上述したように決定されたディジタルコードの逆相のディジタルコードが使用されればよい。具体的には、第1の入力ノードINN側に設けられる容量可変のオフセット調整回路のディジタルコード(/φSW1−1,/φSW2−1,/φSW3−1,/φSW4−1)は、上述したように決定された第2の入力ノードINP側の容量可変のオフセット調整回路のディジタルコード(φSW1−1,φSW2−1,φSW3−1,φSW4−1)の逆相である。この場合、容量可変のオフセット調整回路が比較回路111−1のいずれか一方の側に設けられる場合と同じ回数の比較動作によりディジタルコードを決定することができる。なお、図2の比較回路111の両側に容量可変のオフセット調整回路が設けられる場合も同様である。もちろん、両側のオフセット調整回路が少なくとも1つのディジタルコードの各ビットの値によって独立に制御される場合もあり得る。換言すれば、本実施形態に係る技術は、逆相のディジタルコードが使用される場合に限定されない。
In the offset correction operation, as the digital code (control value) for the first offset adjustment circuit 14-1 and the second offset adjustment circuit 14-2, one of the two offset adjustment circuits is described above. The digital code determined as described above may be used, and the other one may use the digital code of the opposite phase of the digital code determined as described above. Specifically, the digital code (/ φSW1-1, / φSW2-1, / φSW3-1, / φSW4-1) of the capacity-variable offset adjustment circuit provided on the first input node INN side is as described above. This is the opposite phase of the digital code (φSW1-1, φSW2-1, φSW3-1, φSW4-1) of the offset adjustment circuit with variable capacitance on the second input node INP side determined in. In this case, the digital code can be determined by the same number of comparison operations as when the variable capacitance offset adjustment circuit is provided on either side of the comparison circuit 111-1. The same applies to the case where offset adjustment circuits having variable capacitance are provided on both sides of the
このような構成であっても、上述の実施形態と同様の効果が得られる。また、容量可変のオフセット調整回路が比較回路111の両側に設けられる場合には、オフセット補正において補正可能なオフセット電圧のレンジを大きくすることができる。
Even with such a configuration, the same effect as that of the above-described embodiment can be obtained. Further, when the offset adjusting circuits having variable capacitance are provided on both sides of the
なお、上記実施形態では、オフセット可変比較回路11のオフセット電圧を変更する方式として、複数のスイッチ(複数のMOSトランジスタ)で複数の容量素子の使用/不使用を制御することにより、比較回路111の負荷容量を調整(容量補償)する方式を例として説明したが、これに限らない。以下に示す各方式が適宜利用可能である。また、以下に示す各方式を適宜組み合わせて利用することもできる。
In the above embodiment, as a method of changing the offset voltage of the offset
例えば、MOSトランジスタを可変容量として用いて、バイナリの重み付けがされた複数のMOSトランジスタを有するオフセット補正アナログ回路14により比較回路111の負荷容量を調整(容量補償)する方式も使用可能である。
For example, a method in which a MOS transistor is used as a variable capacitance and the load capacitance of the
また、例えば、少なくとも1つの可変容量のMOSトランジスタと、当該MOSトランジスタにバイアス電圧を印加するバイアス生成回路とを有するオフセット補正アナログ回路14により比較回路111の負荷容量を調整(容量補償)する方式も使用可能である。バイアス生成回路は、決定された制御値(ディジタルコード)に応じた容量になるようにバイアス電圧を発生し、MOSトランジスタの容量を変更する。
Further, for example, there is also a method in which the load capacitance of the
なお、上記実施形態では、オフセット可変比較回路11のオフセット電圧を変更する方式として、オフセット補正アナログ回路14により比較回路111の負荷容量を調整(容量補償)する方式を例として説明したが、これに限らない。
In the above embodiment, as a method of changing the offset voltage of the offset
例えば、2つの入力ノードINN,INPのうちの少なくとも1つにバイアス電圧(ボディ電圧)を制御値(ディジタルコード)に応じて印加するバイアス生成回路を有するオフセット補正アナログ回路14により比較回路111に流れる電流量を調整(電流補償)する方式も使用可能である。
For example, it flows through the
また、例えば、比較回路111の入力差動対(2つの入力ノードINN,INPに接続されるNMOSトランジスタNM2,NM3又はNMOSトランジスタNM12,NM13)のうちの少なくとも1つに並列に接続されるトランジスタと、当該トランジスタのゲート電圧を制御値(ディジタルコード)に応じて印加するバイアス生成回路とを有するオフセット補正アナログ回路14により比較回路111に流れる電流量を調整(電流補償)する方式も使用可能である。
Further, for example, with a transistor connected in parallel to at least one of the input differential pairs (NMOS transistors NM2, NM3 or NMOS transistors NM12, NM13 connected to the two input nodes INN, INP) of the
また、例えば、複数の容量素子に制御値(ディジタルコード)に応じて電荷を注入するオフセット補正アナログ回路14により、複数の容量素子に関するバイナリの重み付けを調整(電荷補償)する方式も使用可能である。
Further, for example, a method of adjusting binary weighting (charge compensation) for a plurality of capacitance elements by an offset
なお、オフセット補正アナログ回路14の容量可変のオフセット調整回路において、複数の容量素子の容量は、バイナリの重み付けに限らない。要求されるオフセット補正の分解能(精度)やレンジに応じて、複数の容量を有する複数の容量素子が適宜使用されればよい。例えば、オフセット補正のレンジのうちの一部のレンジに関して分解能を高く(調整階調を大きく)したい場合には、当該一部のレンジに対応する複数の容量素子間の容量の差を小さく設定すればよい。
In the offset adjusting circuit of the offset
また、オフセット補正アナログ回路14の容量可変のオフセット調整回路において、複数の容量素子のうちの少なくとも2つの容量素子の重み付けが同一に設定されていてもよい。例えば、容量可変のオフセット調整回路の有するすべての容量素子が同一の容量であってもよく、この場合、決定されたディジタルコードに応じた数の容量素子が使用されればよい。また、例えば、容量可変のオフセット調整回路の有する一部の容量素子が同一の容量であってもよい。同一の容量とする容量素子は、要求されるオフセット補正の分解能(精度)やレンジに応じて決定されればよい。例えば、オフセット補正のレンジのうちの一部のレンジに関して分解能を高く(調整階調を大きく)したい場合には、当該一部のレンジに対応する複数の容量素子を同一の容量とすればよい。
Further, in the offset adjusting circuit of the offset
なお、上記実施形態では、等電位化回路として、スイッチCSWN,CSWPを介して2つの入力ノードINN,INPに接続される電圧生成回路12を例示したが、これに限らない。等電位化回路としては、第1の入力ノードINN及び第2の入力ノードINPに電気的に接続され、オフセット補正制御回路15又はA/D変換制御回路18から供給される制御信号に応じて動作するスイッチも使用可能である。この場合、例えば、電圧生成回路12は、スイッチCSWN,CSWPのいずれか一方を介して、2つの入力ノードINN,INPのいずれか一方に接続されていてもよい。
In the above embodiment, the
なお、上記実施形態では、2つの入力ノードINN,INPに印加されるオフセット補正用の所定の電圧が共通である場合を例として説明したが、これに限らない。例えば、2つの入力ノードINN,INPに要求される変換精度から許容される範囲で互いに異なる電圧が印加されてもよい。また、例えば、2つの入力ノードINN,INPに所定の電位差を与えた状態で上述のオフセット補正動作を実施すれば、A/D変換結果に所定の電位差に応じた任意のバイアス(オフセット)を与えることも可能である。 In the above embodiment, the case where the predetermined voltage for offset correction applied to the two input nodes INN and INP is common has been described as an example, but the present invention is not limited to this. For example, different voltages may be applied to the two input nodes INN and INP within an allowable range from the conversion accuracy required. Further, for example, if the above-mentioned offset correction operation is performed with a predetermined potential difference applied to the two input nodes INN and INP, an arbitrary bias (offset) corresponding to the predetermined potential difference is given to the A / D conversion result. It is also possible.
なお、上記実施形態では、逐次比較型のA/D変換回路を例示して説明したが、これに限らない。実施形態に係る技術は、例えば並列比較型、追従比較型、ΔΣ型など、他の型のA/D変換回路であっても適用可能である。 In the above embodiment, the sequential comparison type A / D conversion circuit has been described as an example, but the present invention is not limited to this. The technique according to the embodiment can be applied to other types of A / D conversion circuits such as parallel comparison type, follow-up comparison type, and ΔΣ type.
なお、上記実施形態に係るA/D変換方法は、Read Only Memory(ROM)やRandom Access Memory(RAM)等のメモリと、Central Processing Unit(CPU)等のプロセッサとを有するコンピュータにおいて、メモリに展開されたプログラムをプロセッサが実行することにより実現されてもよい。 The A / D conversion method according to the above embodiment is expanded into a memory in a computer having a memory such as Read Only Memory (ROM) and Random Access Memory (RAM) and a processor such as a Central Processing Unit (CPU). It may be realized by the processor executing the executed program.
[適用例]
図6は、図1のA/D変換回路10を有する半導体装置1の構成の一例を示す図である。図6に示すように、半導体装置1は、A/D変換回路10、センサ回路20及び処理回路30を有する。
[Application example]
FIG. 6 is a diagram showing an example of the configuration of the semiconductor device 1 having the A /
センサ回路20は、スイッチSSWを介して、容量素子CS1にアナログ信号AINを供給する回路である。具体的には、センサ回路20の出力ノードは、A/D変換回路10の入力ノードに電気的に接続される。センサ回路20としては、例えば、温度センサ、湿度センサ、輝度センサなど、計測値をアナログ信号として出力する各種の回路/装置が使用可能である。なお、センサ回路20に代えて、取得/受信した値に応じてアナログ信号を出力する各種の回路/装置が使用されてもよい。
The
処理回路30には、A/D変換回路10の出力するディジタル信号DOUTが入力される。処理回路30は、入力されたディジタル信号DOUTに関する信号処理を実行する回路である。具体的には、処理回路30の入力ノードは、A/D変換回路10の出力ノードに電気的に接続される。処理回路30としては、Application Specific Integrated Circuit(ASIC)やField-Programmable Gate Array(FPGA)などのディジタル信号を入力可能な各種の論理回路が使用可能である。なお、処理回路30として、ROMやRAM等のメモリに展開されたプログラムを実行するCPU等のプロセッサが使用されてもよい。
The digital signal DOUT output by the A /
以上説明した少なくとも1つの実施形態によれば、A/D変換の実動作時にオフセット可変比較回路11のオフセット電圧をディジタル値で制御することにより、比較回路111(コンパレータ)のオフセットを補正するA/D変換回路、半導体装置及びA/D変換方法を提供することができる。
According to at least one embodiment described above, the offset of the comparison circuit 111 (comparator) is corrected by controlling the offset voltage of the offset
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.
1 半導体装置、10 A/D変換回路、20 センサ回路、30 処理回路、11 オフセット可変比較回路、12 電圧生成回路(等電位化回路)、14,14−1,14−2 オフセット補正アナログ回路(オフセット調整回路)、15 オフセット補正制御回路(第1の制御回路)、17 A/D変換用のD/A変換回路、18 A/D変換制御回路(第2の制御回路)、111,111−1 比較回路、151 クロック生成回路、152 逐次比較レジスタ、153 出力レジスタ、ACTL_N 第1のアナログ制御ノード、ACTL_P 第2のアナログ制御ノード、CS1 容量素子(第1の容量素子)、CS2 容量素子(第2の容量素子)、CSWN スイッチ(第1のスイッチ)、CSWP スイッチ(第2のスイッチ)、CTL オフセット制御ノード、COMPOUT 出力ノード、INN 第1の入力ノード、INP 第2の入力ノード。 1 Semiconductor device, 10 A / D conversion circuit, 20 sensor circuit, 30 processing circuit, 11 offset variable comparison circuit, 12 voltage generation circuit (equalization circuit), 14, 14-1, 14-2 offset correction analog circuit ( Offset adjustment circuit), 15 offset correction control circuit (first control circuit), 17 D / A conversion circuit for A / D conversion, 18 A / D conversion control circuit (second control circuit), 111,111- 1 comparison circuit, 151 clock generation circuit, 152 sequential comparison register, 153 output register, ACTL_N first analog control node, ACTL_P second analog control node, CS1 capacitance element (first capacitance element), CS2 capacitance element (first) 2 capacitive elements), CSWIN switch (first switch), CSWP switch (second switch), CTL offset control node, COMPOUT output node, INN first input node, INP second input node.
Claims (19)
前記出力ノード及び前記オフセット制御ノードに接続され、A/D変換対象のアナログ信号のサンプリング期間に重複するオフセット調整期間に実行された前記比較動作の比較結果に応じた制御信号を前記オフセット制御ノードに供給することにより前記オフセット可変比較回路のオフセット電圧を制御する第1の制御回路と
を具備するA/D変換回路。 An offset variable comparison circuit having a first input node, a second input node, an offset control node, and an output node that outputs a comparison result of comparison operations relating to the potentials of the two input nodes.
A control signal connected to the output node and the offset control node and executed in an offset adjustment period overlapping the sampling period of the analog signal to be A / D converted is sent to the offset control node according to the comparison result of the comparison operation. An A / D conversion circuit including a first control circuit that controls the offset voltage of the offset variable comparison circuit by supplying the offset voltage.
前記2つの入力ノードの電位を比較する前記比較動作を実行する比較回路と、
前記比較回路及び前記オフセット制御ノードの間に接続され、前記制御信号に応じて前記比較回路のオフセット電圧を変化させるオフセット調整回路と
をさらに有する、請求項1に記載のA/D変換回路。 The offset variable comparison circuit is
A comparison circuit that executes the comparison operation that compares the potentials of the two input nodes, and
The A / D conversion circuit according to claim 1, further comprising an offset adjustment circuit connected between the comparison circuit and the offset control node and changing the offset voltage of the comparison circuit according to the control signal.
前記第1の制御回路は、前記オフセット調整期間に実行された前記比較動作の比較結果に応じて前記ディジタルコードのビット値を決定する、
請求項2に記載のA/D変換回路。 The control signal is a digital code and
The first control circuit determines the bit value of the digital code according to the comparison result of the comparison operation executed during the offset adjustment period.
The A / D conversion circuit according to claim 2.
クロックを生成するクロック生成回路と、
前記出力ノード及び前記クロック生成回路に接続され、前記クロック生成回路から供給されるクロックに同期して、前記オフセット調整期間に実行された前記比較動作の比較結果に応じて上位ビットから順に値を決定していく逐次比較制御を行う逐次比較レジスタと、
前記クロック生成回路及び前記逐次比較レジスタに接続され、前記逐次比較レジスタの出力を保持し、前記クロック生成回路から供給されるクロックに同期して、前記逐次比較レジスタの出力を前記ディジタルコードとして前記オフセット調整回路に供給する出力レジスタと
を有する、請求項3に記載のA/D変換回路。 The first control circuit is
A clock generation circuit that generates a clock and
The values are determined in order from the high-order bit according to the comparison result of the comparison operation executed in the offset adjustment period in synchronization with the clock connected to the output node and the clock generation circuit and supplied from the clock generation circuit. Sequential comparison register that performs sequential comparison control and
It is connected to the clock generation circuit and the sequential comparison register, holds the output of the sequential comparison register, and synchronizes with the clock supplied from the clock generation circuit, and the output of the sequential comparison register is used as the digital code to offset the output. The A / D conversion circuit according to claim 3, which has an output register to be supplied to the adjustment circuit.
前記比較回路は、前記オフセット調整期間に前記ディジタルコードのビット数に応じた回数の前記比較動作を実行し、
前記第1の制御回路は、前記オフセット調整期間に前記ディジタルコードの上位ビットから順に前記ディジタルコードを逐次決定する、
請求項3又は4に記載のA/D変換回路。 The digital code has a number of bits corresponding to the adjustment gradation of the offset voltage by the offset adjustment circuit.
The comparison circuit executes the comparison operation a number of times according to the number of bits of the digital code during the offset adjustment period.
The first control circuit sequentially determines the digital code in order from the high-order bit of the digital code during the offset adjustment period.
The A / D conversion circuit according to claim 3 or 4.
請求項7に記載のA/D変換回路。 The first control circuit controls the use or non-use of the at least one capacitive element according to the comparison result of the comparison operation executed during the offset adjustment period.
The A / D conversion circuit according to claim 7.
前記ディジタルコードのビット値は、対応する容量素子が使用されるか否かを示す値である、
請求項3乃至5のうちのいずれか1項に記載のA/D変換回路。 The offset adjustment circuit has at least one capacitive element that changes the offset voltage by capacitance compensation.
The bit value of the digital code is a value indicating whether or not the corresponding capacitive element is used.
The A / D conversion circuit according to any one of claims 3 to 5.
前記第1の制御回路は、前記2つの入力ノードが等電位化された期間の比較結果に応じて前記オフセット調整回路を制御する、
請求項2乃至11のうちのいずれか1項に記載のA/D変換回路。 An equipotential circuit that is connected to the two input nodes via a switch that transitions to the ON state during the offset adjustment period and equipotentializes the two input nodes during the offset adjustment period is further provided.
The first control circuit controls the offset adjustment circuit according to the comparison result of the period in which the two input nodes are equipotentialized.
The A / D conversion circuit according to any one of claims 2 to 11.
前記オフセット可変比較回路は、前記オフセット調整期間の後の変換期間において、前記制御信号に従い前記オフセット可変比較回路のオフセット電圧が調整された状態で、前記サンプリング期間にサンプリングされた前記A/D変換対象のアナログ信号に関する前記比較動作を実行し、
前記第2の制御回路は、前記変換期間に実行された前記比較動作の比較結果を用いて前記A/D変換対象のアナログ信号に対応するディジタルの出力信号を決定する、
請求項2乃至13のうちのいずれか1項に記載のA/D変換回路。 A second control circuit connected to the output node is further provided.
The offset variable comparison circuit is the A / D conversion target sampled during the sampling period in a state where the offset voltage of the offset variable comparison circuit is adjusted according to the control signal in the conversion period after the offset adjustment period. Performing the above comparison operation with respect to the analog signal of
The second control circuit determines a digital output signal corresponding to the analog signal to be A / D converted by using the comparison result of the comparison operation executed during the conversion period.
The A / D conversion circuit according to any one of claims 2 to 13.
前記オフセット可変比較回路は、前記変換期間に前記ディジタルの出力信号のビット数に応じた回数の前記比較動作を実行し、
前記第2の制御回路は、前記変換期間に前記ディジタルの出力信号の上位ビットから順に前記ディジタルの出力信号を逐次決定し、
前記D/A変換回路は、前記逐次決定された前記ディジタルの出力信号に応じたアナログの出力信号を前記オフセット可変比較回路に逐次供給する、
請求項14に記載のA/D変換回路。 A D / A conversion circuit connected to the second control circuit is further provided.
The offset variable comparison circuit executes the comparison operation a number of times according to the number of bits of the digital output signal during the conversion period.
The second control circuit sequentially determines the digital output signal in order from the high-order bit of the digital output signal during the conversion period.
The D / A conversion circuit sequentially supplies an analog output signal corresponding to the sequentially determined digital output signal to the offset variable comparison circuit.
The A / D conversion circuit according to claim 14.
A/D変換対象のアナログ信号のサンプリング期間に重複するオフセット調整期間に、
前記オフセット可変比較回路により、前記比較動作を実行することと、
前記第1の制御回路により、前記オフセット調整期間に実行された前記比較動作の比較結果に応じた制御信号を前記オフセット制御ノードに供給することにより前記オフセット可変比較回路のオフセット電圧を制御することと
を含むA/D変換方法。 An offset variable comparison circuit having a first input node, a second input node, an offset control node, and an output node for outputting a comparison result of comparison operations relating to the potentials of the two input nodes, and the output node. And in an A / D conversion circuit including a first control circuit connected to the offset control node.
During the offset adjustment period that overlaps with the sampling period of the analog signal to be A / D converted,
Performing the comparison operation by the offset variable comparison circuit and
The first control circuit controls the offset voltage of the offset variable comparison circuit by supplying a control signal according to the comparison result of the comparison operation executed during the offset adjustment period to the offset control node. A / D conversion method including.
前記出力ノード及び前記オフセット制御ノードに接続され、A/D変換対象のアナログ信号のサンプリング期間に重複するオフセット調整期間に実行された前記比較動作の比較結果に応じた制御信号を前記オフセット制御ノードに供給することにより前記オフセット可変比較回路のオフセット電圧を制御する第1の制御回路と
前記出力ノードに接続され、前記オフセット調整期間の後の変換期間において、前記制御信号に従い前記オフセット可変比較回路のオフセット電圧が調整された状態で実行された前記比較動作の比較結果を用いて前記A/D変換対象のアナログ信号に対応するディジタルの出力信号を出力する出力回路と
を有するA/D変換回路と、
前記A/D変換回路に接続され、前記A/D変換対象のアナログ信号を前記A/D変換回路に供給するセンサ回路と、
前記A/D変換回路に接続され、前記ディジタルの出力信号に信号処理を施す処理回路と
を具備する半導体装置。 An offset variable comparison circuit having a first input node, a second input node, an offset control node, and an output node that outputs a comparison result of comparison operations relating to the potentials of the two input nodes.
A control signal connected to the output node and the offset control node and executed in an offset adjustment period overlapping the sampling period of the analog signal to be A / D converted is sent to the offset control node according to the comparison result of the comparison operation. It is connected to the output node with the first control circuit that controls the offset voltage of the offset variable comparison circuit by supplying the offset, and in the conversion period after the offset adjustment period, the offset of the offset variable comparison circuit is performed according to the control signal. An A / D conversion circuit having an output circuit that outputs a digital output signal corresponding to the analog signal to be A / D converted by using the comparison result of the comparison operation executed in a voltage-adjusted state.
A sensor circuit connected to the A / D conversion circuit and supplying the analog signal to be A / D converted to the A / D conversion circuit.
A semiconductor device including a processing circuit connected to the A / D conversion circuit and performing signal processing on the digital output signal.
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