JP2021044732A - 半導体集積回路、ａｄ変換器、デルタシグマ型ａｄ変換器、インクリメンタルデルタシグマ型ａｄ変換器及びスイッチトキャパシタ - Google Patents

Abstract

【課題】精度を向上可能な半導体集積回路を提供すること。【解決手段】実施形態に係る半導体集積回路１は、サンプルホールド回路３とクロック生成回路７とを有する。サンプルホールド回路３は、第１耐圧のデバイス３１と前記第１耐圧よりも高い第２耐圧のデバイス３３とを有する。クロック生成回路７は、前記第１耐圧のデバイス３１に供給される第１クロック信号ＣＳ１を生成し、前記第２耐圧のデバイス３３に供給される第２クロック信号ＣＳ２を前記第１クロック信号ＣＳ１に基づいて生成する。クロック生成回路７は、前記第２クロック信号ＣＳ２の生成において、前記第２クロック信号ＣＳ２を遅延させて前記第２クロック信号ＣＳ２の位相を前記第１クロック信号ＣＳ１の位相に近づける調整を行う遅延調整回路を有する。【選択図】図１

Description

本実施形態は、半導体集積回路、ＡＤ変換器、デルタシグマ型ＡＤ変換器、インクリメンタルデルタシグマ型ＡＤ変換器及びスイッチトキャパシタに関する。

従来、ＡＤ変換器では、サンプルホールド回路により入力信号をサンプリングし、一定期間ホールドして、入力信号を離散信号に変換する。このサンプルホールド回路は、電気的な耐圧を満たすために、入力信号の入力レンジと同等の電気的な耐圧を有するデバイスで一般に構成される。

サンプルホールド回路におけるクロックタイミングが不適切であると、サンプルホールド回路の動作の精度が低下することがある。このため、サンプルホールド回路に対して精度の向上が求められている。

特開２００９−２７２８１号公報

一つの実施形態は、精度を向上可能な半導体集積回路、ＡＤ変換器、デルタシグマ型ＡＤ変換器、インクリメンタルデルタシグマ型ＡＤ変換器及びスイッチトキャパシタを提供することを目的とする。

一つの実施形態によれば、サンプルホールド回路と、クロック生成回路とを有する半導体集積回路が提供される。サンプルホールド回路は、第１耐圧のデバイスと前記第１耐圧よりも高い第２耐圧のデバイスとを有する。クロック生成回路は、第１耐圧のデバイスに供給される第１クロック信号を生成し、第２耐圧のデバイスに供給される第２クロック信号を第１クロック信号に基づいて生成する。クロック生成回路は、第２クロック信号の生成において、第２クロック信号を遅延させて第２クロック信号の位相を第１クロック信号の位相に近づける調整を行う遅延調整回路を有する。

図１は、第１の実施形態に係る半導体集積回路の全体構成を示すブロック図である。 図２は、第１の実施形態に係るクロック生成回路における構成の一例を示す図である。 図３は、サンプルホールド回路におけるサンプルホールド機能が不能状態となる不能期間を説明するための図である。 図４は、サンプル期間とホールド期間とが減少する一例を示す図である。 図５は、第１の実施形態に係るサンプルホールド回路の動作の一例を示す図である。 図６は、第１の実施形態に係り、クロック生成回路から出力された第１および第２クロック信号による第１乃至第４スイッチ素子の動作の一例を示す図である。 図７は、第１の実施形態に係る遅延調整動作における動作手順の一例を示す図である。 図８は、第１の実施形態に係る遅延調整回路の一例を示す回路図である。 図９は、第１の実施形態の第１の変形例に係るクロック生成回路の構成の一例を示す図である。 図１０は、第１の実施形態の第２の変形例に係るクロック生成回路の構成の一例を示す図である。 図１１は、第２の実施形態に係るクロック生成回路における構成の一例を示す図である。 図１２は、第２の実施形態に係る遅延調整回路の一例を示す回路図である。 図１３は、第２の実施形態に係る遅延コード設定動作に関する半導体集積回路の構成の一例を示す図である。 図１４は、第２の実施形態に係る遅延コード設定動作における動作手順の一例を示す図である。 図１５は、第２の実施形態に係り、遅延コード設定動作が実行される期間において取得された複数のＡＤＣ出力デジタルコードと遅延の段数との一例を示す図である。 図１６は、第２の実施形態の第１の変形例におけるクロック生成回路の構成の一例を示す図である。 図１７は、第２の実施形態の第１の変形例に係る遅延コード設定動作に関する半導体集積回路の構成の一例を示す図である。 図１８は、第２の実施形態の第２の変形例におけるクロック生成回路の構成の一例を示す図である。 図１９は、第２の実施形態の第２の変形例における遅延コード設定動作に関する半導体集積回路の構成の一例を示す図である。 図２０は、第３の実施形態に係り、半導体集積回路を有するデルタシグマ型ＡＤ変換器の一例を示す図である。 図２１は、第４の実施形態に係り、半導体集積回路を有するインクリメンタルデルタシグマ型ＡＤ変換器の一例を示す図である。

以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる半導体集積回路を詳細に説明する。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。なお、本実施形態で参照する図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号又は類似の符号を付し、繰り返しの説明は適宜省略する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る半導体集積回路１の全体構成を示すブロック図である。半導体集積回路１は、サンプルホールド回路３と、ＡＤ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ）変換器５と、クロック生成回路７とを有する。サンプルホールド回路３は、第１耐圧のデバイス３１と、キャパシタ３２と、第１耐圧よりも高い第２耐圧のデバイス３３とを有する。第１耐圧のデバイス３１は、低耐圧（ＬＶ）のデバイス（以下、低耐圧デバイスと呼ぶ）に相当する。第２耐圧のデバイス３３は、高耐圧（ＨＶ）のデバイス（以下、高耐圧デバイスと呼ぶ）に相当する。耐圧とは、機器や電子部品に加えることができる電圧の限界値を意味する。具体的には、耐圧は定格等で決められた電圧値等である。第１耐圧は、例えば、１．５ボルトである。また、第２耐圧は、例えば、５．５ボルトである。図１において、１点鎖線Ｌの右側は第１耐圧に対応する領域（以下、ＬＶドメインと呼ぶ）であり、１点鎖線Ｌの左側は第２耐圧に対応する領域（以下、ＨＶドメインと呼ぶ）である。

図１には、説明の便宜上、サンプルホールド回路３への入力端子２と、サンプルホールド回路３からの出力端子４と、クロック生成回路７への入力端子６とが図示されている。なお、図１は、説明を簡便にするため、シングルエンドの構成で記載されているが、本実施形態は、差動構成に対しても適用可能である。入力端子２は、サンプルホールド回路３へ入力される入力信号Ｖｉｎに関する端子である。出力端子４は、サンプルホールド回路３から出力される出力信号Ｖｏｕｔに関する端子である。入力端子６は、クロック生成回路７へ入力される基準クロック信号ｆｃｌｋに関する端子である。基準クロック信号ｆｃｌｋは、例えば、ＬＶドメインに配置されたＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）回路などにより生成される。なお、基準クロック信号ｆｃｌｋを生成するＰＬＬ回路等が配置されるドメインは、ＬＶドメインに限定されず、ＨＶドメインに配置されてもよい。

サンプルホールド回路３の後段にはＡＤ変換器５が接続される。ＡＤ変換器５は、サンプルホールド回路３から出力された出力信号Ｖｏｕｔに基づいて、デジタルデータ（以下、ＡＤＣ出力デジタルコードと呼ぶ）を生成する。なお、サンプルホールド回路３は、デルタシグマ（ΔΣ）型ＡＤ変換器やインクリメンタルデルタシグマ（ΔΣ）型ＡＤ変換器に適用することが可能である。デルタシグマ型ＡＤ変換器およびインクリメンタルデルタシグマ型ＡＤ変換器については、第３の実施形態および第４の実施形態において、それぞれ説明する。なお、第１の実施形態における半導体集積回路１は、サンプルホールド回路３とクロック生成回路７とにより実現されてもよい。このとき、ＡＤ変換器には、当該半導体集積回路が搭載される。また、サンプルホールド回路３は、スイッチトキャパシタ（Ｓｗｉｔｃｈｅｄ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）回路とも称される。このとき、スイッチトキャパシタは、サンプルホールド回路３とクロック生成回路７とを有する半導体集積回路により実現されてもよい。

低耐圧デバイス３１は、第１スイッチ素子Ｓｗ１と第２スイッチ素子Ｓｗ２とを有する。第１スイッチ素子Ｓｗ１および第２スイッチ素子Ｓｗ２は、例えば、低耐圧のＭＯＳトランジスタにより構成される。高耐圧デバイス３３は、第３スイッチ素子Ｓｗ３と第４スイッチ素子Ｓｗ４とを有する。第３スイッチ素子Ｓｗ３および第４スイッチ素子Ｓｗ４は、例えば、高耐圧のＭＯＳトランジスタにより構成される。

第１スイッチ素子Ｓｗ１の一端はノードｎ１に接続され、第１スイッチ素子Ｓｗ１の他端はコモンモード電圧ＣＭＬに接続される。コモンモード電圧ＣＭＬは、例えば、０．５ボルトである。第１スイッチ素子Ｓｗ１は、第１クロック信号ＣＳ１のうち第１スイッチ素子Ｓｗ１に関する信号（以下、第１スイッチ信号と呼ぶ）により導通状態または遮断状態となる。より詳細には、第１スイッチ素子Ｓｗ１は、第１スイッチ信号がＨレベルの時は導通状態となり、Ｌレベルの時は遮断状態となる。

第２スイッチ素子Ｓｗ２の一端は出力端子４に接続され、第２スイッチ素子Ｓｗ２の他端はノードｎ１に接続される。第２スイッチ素子Ｓｗ２は、第１クロック信号ＣＳ１のうち第２スイッチ素子Ｓｗ２に関する信号（以下、第２スイッチ信号と呼ぶ）により導通状態または遮断状態となる。より詳細には、第２スイッチ素子Ｓｗ２は、第１スイッチ信号がＨレベルの時は導通状態となり、Ｌレベルの時は遮断状態となる。

第３スイッチ素子Ｓｗ３の一端は入力端子２に接続され、第３スイッチ素子Ｓｗ３の他端はノードｎ２に接続される。第３スイッチ素子Ｓｗ３は、第２クロック信号ＣＳ２のうち第３スイッチ素子Ｓｗ３に関する信号（以下、第３スイッチ信号と呼ぶ）により導通状態または遮断状態となる。より詳細には、第３スイッチ素子Ｓｗ３は、第３スイッチ信号がＨレベルの時は導通状態となり、Ｌレベルの時は遮断状態となる。

第４スイッチ素子Ｓｗ４の一端はノードｎ２に接続され、第４スイッチ素子Ｓｗ４の他端はコモンモード電圧ＣＭＨに接続される。コモンモード電圧ＣＭＨは、例えば、２．５ボルトである。第４スイッチ素子Ｓｗ４は、第２クロック信号ＣＳ２のうち第４スイッチ素子Ｓｗ４に関する信号（以下、第４スイッチ信号と呼ぶ）により導通状態または遮断状態となる。より詳細には、第４スイッチ素子Ｓｗ４は、第４スイッチ信号がＨレベルの時は導通状態となり、Ｌレベルの時は遮断状態となる。

キャパシタ３２は、入力信号Ｖｉｎをサンプルしてホールドするためのコンデンサである。キャパシタ３２の一端はノードｎ１に接続され、キャパシタ３２の他端はノードｎ２に接続される。

図２は、クロック生成回路７における構成の一例を示す図である。クロック生成回路７は、第１ノンオーバーラップ信号生成回路７１と、第１レベルアップ回路７３と、第２レベルアップ回路７５と、遅延調整回路７７と、第２ノンオーバーラップ信号生成回路７９と、レベルダウン回路８１と、位相差検出器８３と、ループフィルタ８５と、マスク信号生成回路８７とを有する。クロック生成回路７は、サンプルホールド回路３と同様にＨＶドメインとＬＶドメインとを有する。

クロック生成回路７において、ＬＶドメインからＨＶドメインへの信号の変換は、第１レベルアップ回路７３および第２レベルアップ回路７５で示されるレベルアップ回路により実行される。レベルアップ回路は、第２耐圧（高耐圧）の電圧レベルに整合するように、ＬＶドメインにおける信号の電圧レベルを増大させる。例えば、レベルアップ回路は、ＬＶドメインにおける１ボルトを示す信号の振幅を、５ボルトに対応する振幅に増大する。また、クロック生成回路７において、ＨＶドメインからＬＶドメインへの信号の変換は、レベルダウン回路８１により実行される。レベルダウン回路８１は、低耐圧の電圧レベルに整合するように、ＨＶドメインにおける信号の電圧レベルを低減させる。例えば、レベルダウン回路８１は、ＨＶドメインにおける５ボルトを示す信号の振幅を、１ボルトに対応する振幅に低減する。レベルアップ回路およびレベルダウン回路８１により、ＬＶドメインとＨＶドメインとにおける信号の伝達が実現される。

一般的に、動作可能周波数は、高耐圧なデバイスになるに従いより低くなる。すなわち、第２耐圧側の高耐圧のデバイスは、第１耐圧側の低耐圧デバイス３１よりも低速である。また、第１耐圧側の低耐圧なデバイスの基準クロック信号ｆｃｌｋ１と第２耐圧側の高耐圧なデバイスの基準クロック信号ｆｃｌｋ２とが各々、別のクロックソースから供給された場合、半導体集積回路１でのクロック生成回路において、両基準クロック信号ｆｃｌｋ１とｆｃｌｋ２との相対関係を制御するのは困難な可能性が高い。このため、第１の実施形態では、クロック生成回路７における第１耐圧側の低耐圧なデバイスは、基準クロック信号ｆｃｌｋに基づいて、第１耐圧のデバイス３１に供給される第１クロック信号ＣＳ１を生成する。また、クロック生成回路７における第２耐圧側の高耐圧なデバイスは、第１クロック信号ＣＳ１に基づいて、高耐圧デバイス３３に供給される第２クロック信号ＣＳ２を生成する。なお、クロック生成回路７における第２耐圧側の高耐圧なデバイスは、基準クロック信号ｆｃｌｋの電圧レベルをレベルアップ回路によりシフトし、シフトされた基準クロック信号を用いてもよい。

これらのことから、第１耐圧側の低耐圧デバイス３１と第２耐圧側の高耐圧デバイス３３とにおけるクロック周波数および位相の相対関係が明確となり、制御が容易となる。すなわち、クロック生成回路７は、第１クロック信号ＣＳ１及び第２クロック信号ＣＳ２を、それぞれ第１耐圧側、及び、第２耐圧側のデバイスで生成する。これにより、第１耐圧側、及び、第２耐圧側それぞれのデバイスの耐圧を満たすようにすることが可能となる。

第１ノンオーバーラップ信号生成回路７１は、入力端子６から入力された基準クロック信号ｆｃｌｋを用いて、マスク信号生成回路８７によりマスク処理が実施される前のクロック信号（以下、マスク前クロック信号と呼ぶ）を生成する。マスク前クロック信号は、
第１スイッチ信号のＨレベルと第２スイッチ信号のＨレベルとが重複しないクロック信号である。マスク前クロック信号により、第１スイッチ素子Ｓｗ１の導通状態と第２スイッチ素子Ｓｗ２の導通状態とは、オーバーラップしないように制御される。

第１レベルアップ回路７３は、マスク前クロック信号の電圧レベルを、ＨＶドメインに整合するように増大させる。具体的には、第１レベルアップ回路７３は、第１スイッチ信号の振幅を示す電圧値と第２スイッチ信号の振幅を示す電圧値とを、大きくする。これにより、第１レベルアップ回路７３は、第１スイッチ信号および第２スイッチ信号の電圧レベルを第２耐圧に関する電圧レベルにシフトする。

第２レベルアップ回路７５は、ループフィルタ８５から出力された直流電圧の電圧レベルを、ＨＶドメインに整合するように増大させる。ループフィルタ８５から出力された直流電圧は、位相差検出器８３から出力された位相誤差信号に応じた電圧値となる。具体的には、第２レベルアップ回路７５は、直流電圧の値を、大きくする。これにより、第２レベルアップ回路７５は、直流電圧の電圧レベルを第２耐圧に関する電圧レベルにシフトする。なお、ループフィルタ８５からの出力された直流電圧が、遅延調整回路７７で用いられるトランジスタの動作点を超える電圧であれば、当該直流電圧は、レベルアップされずに遅延調整回路７７に直接入力されてもよい。このとき、第２レベルアップ回路７５は不要となる。

遅延調整回路７７は、第２クロック信号ＣＳ２の生成において、第２クロック信号ＣＳ２を遅延させて第２クロック信号ＣＳ２の位相を第１クロック信号ＣＳ１の位相に近づける調整を行う。すなわち、遅延調整回路７７は、位相誤差信号に応じた遅延量で第１クロック信号ＣＳ１を遅延させて、第２クロック信号ＣＳ２を生成する。具体的には、遅延調整回路７７は、ループフィルタ８５から出力された直流電圧を用いて、第１レベルアップ回路７３によりＨＶドメインの電圧レベルに変換されたマスク前クロック信号を遅延させる。遅延調整回路７７の回路例は、遅延調整の動作に関連させて後程説明する。また、図２において、遅延調整回路７７は第２レベルアップ回路７５の後段に設けられているが、第２レベルアップ回路７５の前段、または第２レベルアップ回路７５の前段および後段に設けられていてもよい。これらの場合については、変形例において後述する。

第２ノンオーバーラップ信号生成回路７９は、遅延されたマスク前クロック信号を用いて、第３スイッチ信号のＨレベルと第４スイッチ信号のＨレベルとが重複しないように、第３スイッチ信号と第４スイッチ信号とを生成する。これにより、第２ノンオーバーラップ信号生成回路７９は、第３スイッチ信号と第４スイッチ信号とを有する第２クロック信号ＣＳ２を生成する。第２クロック信号ＣＳ２により、第３スイッチ素子Ｓｗ３の導通状態と第４スイッチ素子Ｓｗ４の導通状態とは、オーバーラップしないように制御される。

レベルダウン回路８１は、第２クロック信号ＣＳ２の電圧レベルを第１耐圧に関するレベルにシフトする。すなわち、レベルダウン回路８１は、低耐圧の電圧レベルに整合するように、第２クロック信号ＣＳ２の電圧レベルを低減させる。以下、電圧レベルが低減された第２クロック信号ＣＳ２、すなわち第２クロック信号ＣＳ２のレベルダウン信号を低耐圧クロック信号と呼ぶ。

位相差検出器８３は、レベルダウン回路８１から出力された低耐圧クロック信号の位相と、第１ノンオーバーラップ信号生成回路７１から出力されたマスク前クロック信号の位相とを比較する。当該比較により、位相差検出器８３は、低耐圧クロック信号とマスク前クロック信号との位相差を検出する。これにより、位相差検出器８３は、レベルダウン回路８１から出力された第２クロック信号のレベルダウン信号と第１クロック信号との位相差に対応する位相誤差信号を生成する。位相差検出器８３から出力された位相誤差信号は、直流電圧である。位相誤差信号は、周波数リップル成分を有することがある。なお、位相差検出器８３は、ＬＶドメインに配置されているが、ＨＶドメインに配置されてもよい。位相差検出器８３がいずれの電源ドメインに配置される場合であっても、位相差検出器８３に入力される信号は、位相差検出器８３が配置された電源ドメインに対して共通化する必要がある。

ループフィルタ８５は、位相誤差信号における周波数リップル成分を除去し、位相誤差信号を平滑化する。これにより、周波数リップル成分が除去され直流電圧は、第２レベルアップ回路７５に入力される。

マスク信号生成回路８７は、低耐圧クロック信号とマスク前クロック信号とに基づいて、第１クロック信号ＣＳ１を生成する。マスク処理を実行するマスク信号生成回路８７は、例えば、ＮＡＮＤゲートもしくはＡＮＤゲートの組み合わせたロジック回路で実現される。

具体的には、マスク信号生成回路８７は、第２スイッチ信号におけるＨレベルの期間と、第３スイッチ信号におけるＨレベルの期間との重複期間（以下、第１重複期間と呼ぶ）が現れないように、マスク前クロック信号に対してマスク処理を実行する。当該調整により、サンプルホールド回路３におけるサンプルホールド機能がサンプルに関するショートにより不能（ＮＧ）状態となることを防ぐことができる。また、マスク信号生成回路８７は、第１スイッチ信号におけるＨレベルの期間と、第４スイッチ信号におけるＨレベルの期間との重複期間（以下、第２重複期間と呼ぶ）が現れないように、マスク前クロック信号を調整する。当該調整により、サンプルホールド回路３におけるサンプルホールド機能がホールドに関するショートにより不能（ＮＧ）状態となることを防ぐことができる。以下、サンプルホールド機能が不能状態となる期間を不能期間と呼ぶ。マスク信号生成回路８７は、低耐圧クロック信号を用いて、第１重複期間および第２重複期間を含む不能期間をマスク前クロック信号に対してマスク（遮蔽）することで、第１クロック信号ＣＳ１を生成する。

図３は、サンプルホールド回路３における不能期間を説明するための図である。図３に示す不能期間は、マスク信号生成回路８７および遅延調整回路７７が搭載されていないクロック生成回路から出力された第１クロック信号と第２クロック信号とによる第１乃至第４スイッチ素子の動作において現れる。図３に示すように、第３スイッチ素子Ｓｗ３の動作において、第１レベルアップ回路７３や第２ノンオーバーラップ信号生成回路７９等により発生した回路遅延ＤＰＳが現れる。同様に、図３に示すように、第４スイッチ素子Ｓｗ４の動作において、第１レベルアップ回路７３や第２ノンオーバーラップ信号生成回路７９等により発生した回路遅延ＤＰＨが現れる。

マスク信号生成回路８７および遅延調整回路７７がクロック生成回路に未搭載である場合、図３に示すように、第２スイッチ素子Ｓｗ２がＯＮ状態となるホールド期間ＬＶＨＰの一部と、第３スイッチ素子Ｓｗ３がＯＮ状態となるサンプル期間ＨＶＳＰの一部とは、第１重複期間ＦＮＧ１において重複する。さらに、マスク信号生成回路８７および遅延調整回路７７がクロック生成回路に未搭載である場合、図３に示すように、第１スイッチ素子Ｓｗ１がＯＮ状態となるサンプル期間ＬＶＳＰの一部と、第４スイッチ素子Ｓｗ４がＯＮ状態となるホールド期間ＨＶＨＰの一部とは、第２重複期間ＦＮＧ２において重複する。マスク信号生成回路８７は、第１重複期間ＦＮＧ１と第２重複期間ＦＮＧ２とを含むサンプルホールド不能期間においてマスク前クロック信号をマスク（遮蔽）することで、サンプルホールド不能期間を解消する。

図４は、サンプル期間とホールド期間が減少する一例を示す図である。サンプル期間とホールド期間との減少は、マスク信号生成回路８７が搭載され、遅延調整回路７７が搭載されていないクロック生成回路から出力された第１クロック信号と第２クロック信号とによる第１乃至第４スイッチ素子の動作において現れる。サンプルホールド不能期間（ＦＮＧ１およびＦＮＧ２）がマスク信号生成回路８７により遮蔽されるため、サンプルホールド回路３における実質的なサンプル期間およびホールド期間は減少する。

図４に示すような場合、サンプル期間の減少により、サンプルホールド回路３への入力電圧が目標となる電圧値（以下、目標値と呼ぶ）に整定されるまでの時間、すなわちセトリング時間が不足することがある。セトリング時間の不足は、入力電圧が目標値に到達する前にサンプリングが中断されるため、サンプルホールド回路３から出力される電圧の精度が低下する要因となる。

図５は、サンプルホールド回路３の動作の一例を示す図である。サンプルホールド回路３の動作は、第１クロック信号ＣＳ１と遅延調整回路７７による遅延調整後における第２クロック信号ＣＳ２とを用いる。図５に示すように、クロック生成回路７におけるＨＶドメインにおける回路遅延は、遅延調整回路７７による遅延調整により、第１クロック信号ＣＳ１の１周期後において解消されている。すなわち、第１クロック信号ＣＳ１の１周期後において、第１クロック信号ＣＳ１と第２クロック信号ＣＳ２とは同位相となる。これにより、図５に示すように、ＡＤ変換器５で利用可能なサンプル動作の期間は、図４に比べて増加している。

図６は、クロック生成回路７から出力された第１クロック信号ＣＳ１と第２クロック信号ＣＳ２とによる第１乃至第４スイッチ素子の動作の一例を示す図である。図６に示すように、遅延調整がされた第２クロック信号ＣＳ２により、第３スイッチ素子Ｓｗ３と第４スイッチ素子Ｓｗ４とにおけるＯＮのタイミングは、遅延量ＡＤＡだけ遅延している。これにより、図６に示すように、第１スイッチ素子Ｓｗ１と第３スイッチ素子Ｓｗ３とにおける動作タイミングと、第２スイッチ素子Ｓｗ２と第４スイッチ素子Ｓｗ４とにおける動作タイミングとは同期する。これらのことから、サンプルホールド回路３におけるサンプル期間とホールド期間とは図４に比べて増加し、ＡＤ変換器５の性能は向上する。また、図６に示すように、マスク前クロック信号は、第１クロック信号ＣＳ１に相当するものとなる。

以上、半導体集積回路１における構成について説明した。以下、位相差の検出と検出された位相差に基づく遅延調整との動作（以下、遅延調整動作と呼ぶ）について説明する。図７は、遅延調整動作における動作手順の一例を示す図である。

（遅延調整動作）
（ステップＳ７０１）
位相差検出器８３は、低耐圧クロック信号とマスク前クロック信号との位相差を検出する。検出された位相差の基準は、マスク前クロック信号の位相である。

（ステップＳ７０２）
位相差と予め設定された所定の範囲（以下、位相範囲と呼ぶ）とが比較される。位相差が位相範囲内である場合（ステップＳ７０２のＹＥＳ）、ステップＳ７０４の処理が実行される。位相差が位相範囲外である場合（ステップＳ７０２のＮＯ）、ステップＳ７０３の処理が実行される。

（ステップＳ７０３）
検出された位相差に応じて位相誤差信号が生成される。生成された位相誤差信号に基づいて、遅延量が調整される。調整された遅延量に従って、第２クロック信号ＣＳ２が生成される。

図８は、遅延調整回路７７の一例を示す回路図である。図８に示す回路における複数のトランジスタは、第２耐圧の性能すなわち高耐圧性を有する。第１レベルアップ回路７３からの出力線ＯＬ１は、入力ノードＮＩ１に電気的に接続される。ＰＭＯＳトランジスタＰＴ１およびＮＭＯＳトランジスタＮＴ１は、インバータ接続され、共通ゲートが入力ノードＮＩ１に電気的に接続され、共通ドレインが中間ノードＭＮ１に電気的に接続される。

中間ノードＭＮ１は、次段のインバータ接続されたＰＭＯＳトランジスタとＮＭＯＳトランジスタとにおける入力ノードに、電気的に接続される。インバータ接続されたＰＭＯＳトランジスタとＮＭＯＳトランジスタとは、偶数段、例えば２ｎ（ｎは自然数）に亘って繰り返される。２ｎ段目にインバータ接続されたＰＭＯＳトランジスタとＮＭＯＳトランジスタとにおける共通ドレインＮＦ１は、第２ノンオーバーラップ信号生成回路７９に電気的に接続される。

第２レベルアップ回路７５からの出力線ＯＬ２は、（２ｎ＋１）段に亘って配置された（２ｎ＋１）個のＮＭＯＳトランジスタ各々のゲートに電気的に接続される。（２ｎ＋１）個のＮＭＯＳトランジスタ各々のソースは、接地電位に電気的に接続される。（２ｎ＋１）個のＮＭＯＳトランジスタのうち１段目のＮＭＯＳトランジスタＮＴＤ１のドレインは、ノードＮ１に電気的に接続される。（２ｎ＋１）個のＮＭＯＳトランジスタのうち２段目のＮＭＯＳトランジスタＮＴＤ２のドレインは、１段目においてインバータ接続されたＮＭＯＳトランジスタＮＴ１のソースに電気的に接続される。３乃至（２ｎ＋１）個のＮＭＯＳトランジスタのドレインは、２乃至（２ｎ）段目においてインバータ接続されたＮＭＯＳトランジスタのドレインに、１対１で電気的に接続される。

ＰＭＯＳトランジスタＣＭＰＴ１と（２ｎ）個のＰＭＯＳトランジスタ各々とは、カレントミラー回路を形成する。ＰＭＯＳトランジスタＣＭＰＴ１と（２ｎ）個のＰＭＯＳトランジスタとにおけるソースは、ともに電源電位に電気的に接続される。ＰＭＯＳトランジスタＣＭＰＴ１におけるドレインは、ノードＮ１に電気的に接続され、ゲートはノードＮ２に電気的に接続される。ノードＮ１とノードＮ２とは電気的に接続される。ノードＮ２は、（２ｎ）個のＰＭＯＳトランジスタ各々のソースと電気的に接続される。（２ｎ）個のＰＭＯＳトランジスタのうちＰＭＯＳトランジスタＣＭＰＴ２におけるドレインは、１段目においてインバータ接続されたＰＭＯＳトランジスタＰＴ１のソースに電気的に接続される。２乃至（２ｎ）個のＰＭＯＳトランジスタのドレインは、２乃至（２ｎ）段目においてインバータ接続されたＰＭＯＳトランジスタのドレインに、１対１で電気的に接続される。

第２レベルアップ回路７５から出力された直流電圧は、出力線ＯＬ２に電気的に接続された（２ｎ＋１）個のＮＭＯＳトランジスタ各々のゲートに印加される。直流電圧の印加により、インバータ接続されたＰＭＯＳトランジスタとＮＭＯＳトランジスタとに対してＯＮ抵抗が発生する。ＯＮ抵抗の値は、直流電圧の値に依存する。これにより、ループフィルタ８５から出力された直流電圧の値すなわち位相差に応じて、遅延調整回路７７における入出力応答の時定数が変化する。このため、遅延調整回路７７は、位相差に対応する直流電圧の値による遅延量に応じて第１クロック信号ＣＳ１を遅延させて、第２クロック信号ＣＳ２を生成する。本ステップにおける処理の後、ステップＳ７０１とステップＳ７０２との処理が繰り返される。

（ステップＳ７０４）
位相差が位相範囲内である場合（ステップＳ７０２のＹＥＳ）、遅延量がロックされる。すなわち、ループフィルタから出力された直近の直流電圧が、ロックされる。ロックされた遅延量すなわち直近の直流電圧を用いて、第２クロック信号ＣＳ２が生成される。サンプルホールド回路３は、第１クロック信号ＣＳ１と生成された第２クロック信号ＣＳ２とを用いて、入力信号Ｖｉｎに対してサンプルホールド機能を実行する。

第１の実施形態によれば、高耐圧デバイス３３の制御に関する第２クロック信号ＣＳ２の生成において、第２クロック信号ＣＳ２を遅延させて第２クロック信号ＣＳ２の位相を低耐圧デバイス３１の制御に関する第１クロック信号ＣＳ１の位相に近づける調整を行った。その結果、図５および図６に示すように第１クロック信号ＣＳ１と第２クロック信号ＣＳ２との位相差を無くすように制御することで、第１スイッチ素子Ｓｗ１がＯＮ状態となるサンプル期間ＬＶＳＰと第３スイッチ素子Ｓｗ３がＯＮ状態となるサンプル期間ＨＶＳＰとが重なる期間を増やすこと、例えば一致させることができる。これにより、図４に示すサンプル期間に比べて第１の実施形態ではセトリング時間の不足を改善することができ、サンプルホールド回路３からの出力の精度を向上させることができる。これらのことから、第１の実施形態によれば、マイクロプロセッサおよびセンサなどにおけるＡＤ変換器５の性能を向上させることができる。これにより、サンプルホールド回路３の入出力間で電気的な耐圧が異なる場合において、高速動作を実現しつつ精度を向上可能な半導体集積回路１を提供することができる。

具体的には、第２クロック信号ＣＳ２の電圧レベルを第１耐圧に関するレベルにシフトし、第２クロック信号ＣＳ２と第１クロック信号ＣＳ１との位相差を検出し、検出された位相差に相当する位相誤差信号の電圧レベルと第１クロック信号ＣＳ１の電圧レベルとを第２耐圧に関する電圧レベルにシフトし、位相誤差信号に応じた遅延量で第１クロック信号ＣＳ１を遅延させて、第２クロック信号ＣＳ２を生成した。これにより、高耐性と、高速動作および高精度とを両立が可能となり、サンプルホールド回路３への信号の入出力間で電気的な耐圧が異なる場合において、信頼性の低下を抑制することができる。また、遅延調整回路７７をＨＶドメインに配置することで、第１レベルアップ回路７３などによる遅延を効果的に解消することができる。

（第１の変形例）
第１の変形例と第１の実施形態との相違は、遅延調整回路７６がＬＶドメインに配置されていることにある。図９は、第１の変形例におけるクロック生成回路７の構成の一例を示す図である。ループフィルタ８５から出力された直流電圧と、第１ノンオーバーラップ信号生成回路７１から出力された第１クロック信号ＣＳ１とは、ＬＶドメインに配置された遅延調整回路７６に出力される。遅延調整回路７６は、直流電圧の値に応じて第１クロック信号ＣＳ１を遅延させて、第２クロック信号ＣＳ２を生成する。第１の変形例における遅延調整回路７６の構成は、図８に示す遅延調整回路７７の構成と同様である。

第１の変形例で用いられる遅延調整回路７６における複数のトランジスタは、第１耐圧の性能すなわち低耐圧性を有する。遅延調整回路７６から出力された第２クロック信号ＣＳ２の電圧レベルは、レベルアップ回路７４においてシフトされる。電圧レベルがシフトされた第２クロック信号ＣＳ２は、第２ノンオーバーラップ信号生成回路７９に出力される。他の構成は、第１の実施形態と同様なため、説明は省略する。第１の変形例では、遅延調整回路７６をＬＶドメインに配置し、レベルアップ回路を一つ削減した。その結果、第１の変形例では、半導体集積回路１の面積を低減することができるという効果を奏する。

（第２の変形例）
第２の変形例と第１の実施形態との相違は、第１遅延調整回路７６がＬＶドメインに配置され、かつ第２遅延調整回路７８がＨＶドメインに配置されていることにある。図１０は、第２の変形例におけるクロック生成回路７の構成の一例を示す図である。図１０に示す半導体集積回路１は、図２と図９とを組み合わせた構成となる。なお、ループフィルタ８５から出力される直流電圧は、ＬＶドメインにおける遅延とＨＶドメインにおける遅延とに応じて、適宜調整される。他の構成は、第１の実施形態および第１の変形例と同様なため、説明は省略する。第２の変形例では、ＬＶドメインに第１遅延調整回路７６を配置し、ＨＶドメインにおいて第２遅延調整回路７７を配置した。その結果、信頼性の低下をさらに抑制可能な半導体集積回路１を提供することができるという効果を奏する。

（第２の実施形態）
第１の実施形態との相違は、第２クロック信号ＣＳ２の位相を第１クロック信号ＣＳ１の位相に近づけるように調整されたデジタルコードに応じた遅延量で第１クロック信号ＣＳ１を遅延させて、第２クロック信号ＣＳ２を生成することにある。調整されたデジタルコードは、後述の遅延コード設定動作において事前に選択されたＡＤＣ出力デジタルコードに対応する。

図１１は、第２の実施形態に係るクロック生成回路７における構成の一例を示す図である。クロック生成回路７は、第１ノンオーバーラップ信号生成回路７１と、第１レベルアップ回路７３と、第２レベルアップ回路７５と、遅延調整回路７８と、第２ノンオーバーラップ信号生成回路７９と、マスク信号生成回路８７とを有する。クロック生成回路７は、サンプルホールド回路３と同様にＨＶドメインとＬＶドメインとを有する。以下、第１の実施形態における構成と異なる構成要素等について説明する。なお、第２の実施形態における半導体集積回路１は、サンプルホールド回路３とクロック生成回路７とにより実現されてもよい。また、スイッチトキャパシタは、サンプルホールド回路３とクロック生成回路７とを有する半導体集積回路により実現されてもよい。

第２レベルアップ回路７５には、高耐圧デバイス３３へ入力信号Ｖｉｎの入力前のトレーニング期間において選択されたＡＤＣ出力デジタルコード（以下、選択コードと呼ぶ）に対応する遅延デジタルコード（以下、遅延コードと呼ぶ）ＳＤＣが入力端子８から入力される。トレーニング期間は、サンプルホールド回路３への入力信号Ｖｉｎの入力前であって、遅延コードＳＤＣを設定するための期間である。トレーニング期間における遅延コードＳＤＣの設定については、後程説明する。遅延コードＳＤＣは、トレーニング期間において選択されたＡＤＣ出力デジタルコードに基づいて、後述の制御回路により設定される。設定された遅延コードＳＤＣは、第１クロック信号ＣＳ１に対する第２クロック信号ＣＳ２の遅延量に相当する。また、設定された遅延コードＳＤＣは、遅延調整回路７８における複数のトランジスタのＯＮ／ＯＦＦを制御するためのビット列を有する。当該ビット列における一つのビットにおける１は、トランジスタの動作電圧であるＨｉｇｈに対応する。また、当該ビット列における一つのビットにおける０は、トランジスタの不動作電圧であるＬｏｗに対応する。以下、説明を簡単にするためにビット列の列数は、６４であるものとして説明するが、これに拘泥されない。ビット列の列数は、遅延量の総数に対応する。第２レベルアップ回路７５は、設定された遅延コードＳＤＣの電圧レベルを、ＨＶドメインに整合するように増大させる。具体的には、第２レベルアップ回路７５は、ＬＶドメインでのＨｉｇｈ／Ｌｏｗを示す遅延コードＳＤＣを、ＨＶドメインでのＨｉｇｈ／Ｌｏｗ信号にレベルアップする。

遅延調整回路７８は、第２クロック信号ＣＳ２の生成において、第２クロック信号ＣＳ２を遅延させて第２クロック信号ＣＳ２の位相を第１クロック信号ＣＳ１の位相に近づける調整を行う。すなわち、遅延調整回路７８は、第２クロック信号ＣＳ２の位相を第１クロック信号ＣＳ１の位相に近づけるように調整されたデジタルコード、すなわち設定された遅延コードＳＤＣに応じた遅延量で第１クロック信号ＣＳ１を遅延させて、第２クロック信号ＣＳ２を生成する。

図１２は、遅延調整回路７８の一例を示す回路図である。図１２に示す回路における複数のトランジスタ、複数の抵抗および複数のキャパシタは、第２耐圧の性能すなわち高耐圧性を有する。第１レベルアップ回路７３からの出力線ＯＬ３は、入力ノードＮＩ２に電気的に接続される。ＰＭＯＳトランジスタＰＴ１およびＮＭＯＳトランジスタＮＴ１は、インバータ接続され、共通ゲートが入力ノードＮＩ２に電気的に接続され、共通ドレインが中間ノードＭＮ２に電気的に接続される。中間ノードＭＮ２は、ビット列の列数（６４）に相当する６４個のノードＣＮ１−１乃至ＣＮ１−６４（不図示）と電気的に直列接続される。不図示のノードＣＮ１−６４は、次段のインバータ接続されたＰＭＯＳトランジスタとＮＭＯＳトランジスタとにおける入力ノードに、電気的に接続される。次段のインバータ接続されたＰＭＯＳトランジスタとＮＭＯＳトランジスタとにおける共通ドレインＮＦ２は、ビット列の列数（６４）に相当する複数のノードＣＮ２−１乃至ＣＮ２−６４（不図示）と電気的に直列接続される。不図示のノードＣＮ２−６４は、第２ノンオーバーラップ信号生成回路７９に電気的に接続される。

ＰＭＯＳトランジスタＰＴ１のソースは、ノードＮ３−１と電気的に接続される。ＰＭＯＳトランジスタＰＴ１−１において、ゲートは、第２レベルアップ回路７５から出力されたビット列のうち１番目のビットによる出力線と電気的に接続され、ソースは、抵抗ＲＰ１−１の一端と電気的に接続され、ドレインは、ノードＮ３−１と電気的に接続される。抵抗Ｒ１−１の他端は、電源電位と電気的に接続される。すなわち、ビット列においてｉ（ｉは、１乃至６４の自然数）番目のビットに関して、ＰＭＯＳトランジスタＰＴ１−ｉにおいて、ゲートは、第２レベルアップ回路７５から出力されたビット列のうちｉ番目のビットによる出力線と電気的に接続され、ソースは、抵抗ＲＰ１−ｉの一端と電気的に接続され、ドレインは、ノードＮ３−ｉと電気的に接続される。抵抗Ｒ１−ｉの他端は、電源電位と電気的に接続される。ノードＮ３−１乃至ノードＮ３−６４（不図示）は、電気的に直列接続される。

ＮＭＯＳトランジスタＮＴ１のソースは、ノードＮ４−１と電気的に接続される。ＮＭＯＳトランジスタＮＴ１−１において、ゲートは、第２レベルアップ回路７５から出力されたビット列のうち１番目のビットによる出力線と電気的に接続され、ソースは、抵抗ＲＰＮ１−１の一端と電気的に接続され、ドレインは、ノードＮ４−１と電気的に接続される。抵抗ＲＮ１−１の他端は、接地電位と電気的に接続される。同様に、ビット列がｉ番目のビットに関して、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ１−ｉにおいて、ゲートは、第２レベルアップ回路７５から出力されたビット列のうちｉ番目のビットによる出力線と電気的に接続され、ソースは、抵抗ＲＮ１−ｉの一端と電気的に接続され、ドレインは、ノードＮ４−ｉと電気的に接続される。抵抗ＲＮ１−ｉの他端は、接地電位と電気的に接続される。ノードＮ４−１乃至ノードＮ４−６４（不図示）は、電気的に直列接続される。

ＮＭＯＳトランジスタＮＴ２−１において、ゲートは、第２レベルアップ回路７５から出力されたビット列のうち１番目のビットによる出力線と電気的に接続され、ソースは、キャパシタＣ１の一端と電気的に接続され、ドレインは、ノードＣＮ１−１と電気的に接続される。キャパシタＣ１の他端は、接地電位と電気的に接続される。同様に、ビット列がｉ番目のビットに関して、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ２−ｉにおいて、ゲートは、第２レベルアップ回路７５から出力されたビット列のうちｉ番目のビットによる出力線と電気的に接続され、ソースは、キャパシタＣｉの一端と電気的に接続され、ドレインは、ノードＣＮ１−ｉと電気的に接続される。キャパシタＣｉの他端は、接地電位と電気的に接続される。

上記抵抗に電気的に接続されたトランジスタ、および上記キャパシタに電気的に接続されたトランジスタなどによる電気的な接続関係は、次段のインバータ接続されたＰＭＯＳトランジスタとＮＭＯＳトランジスタとについても同様に繰り返される。図１２において、第２レベルアップ回路７５からの出力は、ＣＮＴ＿Ｒ１乃至ＣＮＴ＿Ｒ６４（不図示）と、ＣＮＴ＿Ｃ１乃至ＣＮＴ＿Ｃ６４（不図示）として示されている。例えば、図１２において、ＣＮＴ＿Ｒ１に接続されたＰＭＯＳトランジスタＰＴ１−１のゲートおよびＮＭＯＳトランジスタＮＴ１−１のゲートには、ビット列における１番目のビットにおけるＨｉｇｈもしくはＬｏｗの電圧が印加される。また、ＣＮＴ＿Ｃ１に接続されたＮＭＯＳトランジスタＮＴ１−１のゲートには、ビット列における１番目のビットにおけるＨｉｇｈもしくはＬｏｗの電圧が印加される。

遅延調整回路７８は、トレーニング期間において後述の制御回路により設定された遅延コードＳＤＣに従って、図１２に示すインバータ接続に関するＰＭＯＳトランジスタとＮＭＯＳトランジスタを除く複数のトランジスタ（以下、遅延調整トランジスタと呼ぶ）のＯＮ／ＯＦＦ実行する。これにより、遅延調整回路７８における抵抗および静電容量が変化し、変化した抵抗および静電容量に応じて、遅延調整回路７７における入出力応答の時定数が変化する。遅延調整回路７８は、時定数の変化に従って、第１クロック信号ＣＳ１に対する遅延調整を実行することで、第２クロック信号ＣＳ２を生成する。

以下、入力信号Ｖｉｎに対するサンプルホールド機能において用いられる遅延コードＳＤＣを設定する動作（以下、遅延コード設定動作と呼ぶ）について説明する。遅延コード設定動作は、トレーニング期間において実行される。トレーニング期間は、例えば、半導体集積回路１の出荷前や半導体集積回路１の起動時などに設けられる。図１３は、遅延コード設定動作に関する半導体集積回路１の構成の一例を示す図である。図１３に示すように、半導体集積回路１は、制御回路１１、記憶回路１３と、選択回路１５とをさらに有する。

図１３に示すように、トレーニング期間において、サンプルホールド回路３には、テスト信号ＶＴｉｎが入力される。半導体集積回路１は、テスト信号ＶＴｉｎに対して、第１クロック信号ＣＳ１に対する遅延量を変化させて得られた複数のＡＤＣ出力デジタルコードを取得する。ＡＤ変換器５は、ＡＤＣ出力デジタルコードを記憶回路１３に出力する。

制御回路１１は、トレーニング期間において、異なる複数の遅延量にそれぞれ対応する複数の遅延コードを設定する。複数の遅延量各々は、第１クロック信号ＣＳ１に対する第２クロック信号ＣＳ２の遅延時間に相当する。複数の遅延量は、例えば、第１クロック信号ＣＳ１の開始時点から、第１クロック信号ＣＳ１の１周期を遅延量の総数（例えば６４など）で分割した複数の時点までの時間間隔に対応する。遅延量の総数は、予め設定される。上述のように、遅延量の総数は６４であるものとして説明する。このとき、制御回路１１は、設定された６４種類の遅延コードを記憶する。また、遅延コードは、遅延調整回路７８において、遅延調整トランジスタのＯＮ／ＯＦＦを制御するためのビット列に相当する。

制御回路１１は、トレーニング期間において、入力端子２へテスト信号ＶＴｉｎを入力するとともに、複数の遅延コード各々を入力端子８へ入力する。例えば、制御回路１１は、遅延量を生じさせない遅延コード（以下、第１遅延コードと呼ぶ）を設定する。制御回路１１は、設定された第１遅延コードを第２レベルアップ回路７５へ入力するとともに、テスト信号ＶＴｉｎを高耐圧デバイス３３に入力する。制御回路１１は、第１遅延コードに対応するＡＤＣ出力デジタルコードが記憶回路１３に記憶されたことに応答して、第１クロック信号ＣＳ１の１周期の１／６４倍だけ遅延させる遅延量に相当する第２遅延コードを、第２レベルアップ回路７５へ入力するとともに、テスト信号ＶＴｉｎを高耐圧デバイス３３に入力する。

すなわち、制御回路１１は、トレーニング期間において、第１クロック信号ＣＳ１の１周期のｉ／６４倍だけ遅延させる遅延量に相当する第ｉ遅延コードに対応するＡＤＣ出力デジタルコードが記憶回路１３に記憶されたことに応答して、第１クロック信号ＣＳ１の１周期の（ｉ＋１）／６４倍だけ遅延させる遅延量に相当する第（ｉ＋１）遅延コードを、第２レベルアップ回路７５へ入力するとともに、テスト信号ＶＴｉｎを高耐圧デバイス３３に入力する。制御回路１１は、ＡＤＣ出力デジタルコードの記憶を契機とした遅延コードの入力およびテスト信号ＶＴｉｎの入力を、昇順の遅延量すなわち遅延の段数ｉが遅延量の総数６４に到達するまで繰り返す。

記憶回路１３は、例えば、複数のフリップフロップ回路により構成される。記憶回路１３は、トレーニング期間において、同一のテスト信号ＶＴｉｎに対して、第１クロック信号ＣＳ１に対する遅延量を変化させて得られた複数のＡＤＣ出力デジタルコードを記憶する。具体的には、記憶回路１３は、サンプルホールド機能において用いられた第２クロック信号ＣＳ２の遅延に関する遅延コードと関連付けて、複数のＡＤＣ出力デジタルコードを記憶する。すなわち、テスト信号ＶＴｉｎに対して、第１クロック信号ＣＳ１に対する遅延量を変化させて得られた複数のＡＤＣ出力デジタルコード各々は、複数のＡＤＣ出力デジタルコード各々を取得するために用いられた遅延量に対応付けられている。記憶回路１３は、テスト信号ＶＴｉｎに対する正解のＡＤＣ出力デジタルコード（以下、正解コードと呼ぶ）を記憶する。

選択回路１５は、例えば、組み合わせのロジック回路で構成される。選択回路１５は、トレーニング期間において、複数のＡＤＣ出力デジタルコードのうち、正解のデジタルコードに最も近いＡＤＣ出力デジタルコードを、選択コードとして選択する。選択回路１５は、選択コードを制御回路１１に出力する。このとき、制御回路１１は、選択コードに対応する遅延コードを、設定された遅延コードＳＤＣとして第２レベルアップ回路７５に出力する。

図１４は、遅延コード設定動作での動作手順の一例を示す図である。遅延コード設定動作は、トレーニング期間において実行される。すなわち、遅延コード設定動作は、正解のデジタルコード（正解コード）に最も近い遅延量に対応する遅延コードを選択するために、入力信号ＶｉｎのＡＤ変換に対するフォアグラウンドとして実行される。以下、説明を簡便にするために、遅延の段数の昇順にＡＤＣ出力デジタルコードが取得されるものとして説明するが、これに拘泥されない。例えば、遅延の段数の変更手法は、遅延コード設定動作で取得されたＡＤＣ出力デジタルコードと正解コードとを用いて、例えば、バイナリーサーチや黄金分割法などが用いられてもよい。このとき、図１４に示す繰り返し回数を低減することができるため、遅延コードＳＤＣの設定に関する処理時間を短縮することができる。

（遅延コード設定動作）
（ステップＳ１３０１）
制御回路１１は、遅延の段数を示す自然数ｉを１に設定する。

（ステップＳ１３０２）
制御回路１１は、第ｉ遅延コードを設定する。制御回路１１は、第ｉ遅延コードを遅延調整回路７８に入力するとともに、サンプルホールド回路３における高耐圧デバイス３３にテスト信号ＶＴｉｎを入力する。このとき、遅延調整回路７８は、第ｉ遅延コードに従って、第ｉの遅延量を第１クロック信号ＣＳ１に付与することで、第２クロック信号ＣＳ２を生成する。サンプルホールド回路３は、第１クロック信号ＣＳ１と生成された第２クロック信号ＣＳ２とを用いて、テスト信号ＶＴｉｎに対してサンプルホールドを実行する。テスト信号ＶＴｉｎが、例えばショートスイッチを有する差動回路においてショートスイッチをＯＮにして出力された信号の場合、テスト信号ＶＴｉｎの値は、差動ゼロ（入力レンジの中間値）となる。このとき、正解のデジタルコードは、中間値に対応するＡＤＣ出力デジタルコードとなる。ＡＤ変換器５は、サンプルホールドの結果を用いて、第ｉ遅延コードに対応するＡＤＣ出力デジタルコードを出力する。

（ステップＳ１３０３）
記憶回路１３は、ＡＤ変換器５から出力されたＡＤＣ出力デジタルコードを、第ｉ遅延コードと関連付けて記憶する。

（ステップＳ１３０４）
制御回路１１は、遅延の段数ｉが遅延量の総数ｎに等しいか否かを判定する。遅延の段数ｉが遅延量の総数ｎに等しくない（ｉ≠ｎ）場合（ステップＳ１３０４のＮＯ）、ステップＳ１３０５の処理が実行される。遅延の段数ｉが遅延量の総数ｎに等しい（ｉ＝ｎ）場合（ステップＳ１３０４のＹＥＳ）、ステップＳ１３０６の処理が実行される。このとき、記憶回路１３には、遅延量の総数に対応する複数のＡＤＣ出力デジタルコードが記憶されている。なお、記憶回路１３は、複数のＡＤＣ出力デジタルコードに１対１で対応付けられた複数の遅延コードを記憶してもよい。

（ステップ１３０５）
制御回路１１は、遅延の段数ｉをインクリメントする。次いで、インクリメントされたｉを用いて、ステップＳ１３０２乃至ステップＳ１３０４の処理が繰り返される。

（ステップＳ１３０６）
選択回路１５は、ｎ個のＡＤＣ出力デジタルコード各々と正解コードとを比較する。当該比較により、選択回路１５は、ｎ個のＡＤＣ出力デジタルコードのうち、正解コードを含む所定の範囲（以下、正解範囲と呼ぶ）に含まれる一つのＡＤＣ出力デジタルコードを、選択コードとして選択する。正解範囲に複数のＡＤＣ出力デジタルコードが含まれる場合、選択回路１５は、例えば、正解コードに合致もしくは正解コードに最も近いＡＤＣ出力デジタルコードを、選択コードとして選択する。なお、選択コードは、正解コードに合致もしくは正解コードに最も近いＡＤＣ出力デジタルコードに限定されず、正解範囲に含まれれば、いずれのＡＤＣ出力デジタルコードが選択されてもよい。

図１５は、遅延コード設定動作が実行されるトレーニング期間ＤＡＰにおいて取得された複数のＡＤＣ出力デジタルコードと遅延の段数との一例を示す図である。図１５に示すように、正解コードを含む正解範囲に含まれる複数のＡＤＣ出力デジタルコードが、選択回路１５による選択される候補となる。図１５に示すグラフは、位相差が０度に近づくにつれてＡＤＣ出力デジタルコードが正解コードに収束する特性（セトリング特性）を示している。例えば、選択回路１５は、正解範囲に含まれる複数のＡＤＣ出力デジタルコードのうち、遅延の段数が真ん中に位置するＡＤＣ出力デジタルコードを、ＡＤ変換器５の特性が向上する選択コードとして選択する。選択コードは、セトリング特性が良好なＡＤＣ出力デジタルコードに対応する。

（ステップＳ１３０７）
制御回路１１は、選択されたＡＤＣ出力デジタルコード（選択コード）に対応する遅延コードＳＤＣを、第２レベルアップ回路７５を介して遅延調整回路７８に出力する。本ステップにより、トレーニング期間は終了する。本ステップの後、図１５に示す期間ＰＲにおいて、入力信号Ｖｉｎに対してサンプルホールドが実行される。

第２の実施形態によれば、第２クロック信号ＣＳ２の位相を第１クロック信号ＣＳ１の位相に近づけるように調整されたデジタルコード（選択コード）に応じた遅延量で第１クロック信号ＣＳ１を遅延させて、第２クロック信号ＣＳ２を生成した。その結果、図１５に示すように、セトリング特性が良好なＡＤＣ出力デジタルコードを用いて設定された遅延量を第１クロック信号ＣＳ１に付与することができるため、入力信号Ｖｉｎの入出力間で電気的な耐圧が異なる場合において、ＡＤ変換器５の性能を向上させることができ、信頼性の低下を抑制可能な半導体集積回路１を提供することができるという効果を奏する。

具体的には、遅延コード設定動作において、テスト信号ＶＴｉｎに対して、第１クロック信号ＣＳ１に対する遅延量を変化させて得られた複数のデジタルコード各々は、複数のデジタルコード各々を取得するために用いられた遅延量に対応付けられ、複数のデジタルコードのうち、テスト信号ＶＴｉｎに対する正解のデジタルコードに最も近い遅延量を用いて、第２クロック信号を生成した。これにより、高耐性と、高速動作および高精度とを両立が可能となり、サンプルホールド回路３への信号の入出力間で電気的な耐圧が異なる場合において、高速動作を実現しつつ精度を向上可能な半導体集積回路１を提供することができ、例えば、ＡＤ変換器５の性能を向上させることができる。加えて、位相差検出器８３およびループフィルタ８５が不要となるため、半導体集積回路１の面積を低減することができる。

（第１の変形例）
第２の実施形態の第１の変形例と第２の実施形態との相違は、遅延調整回路がＬＶドメインに配置されていることにある。図１６は、第１の変形例におけるクロック生成回路７の構成の一例を示す図である。図１７は、遅延コード設定動作に関する半導体集積回路１の構成の一例を示す図である。設定された遅延コードＳＤＣと、第１ノンオーバーラップ信号生成回路７１から出力された第１クロック信号ＣＳ１とは、ＬＶドメインに配置された遅延調整回路８０に出力される。遅延調整回路８０は、設定された遅延コードＳＤＣに応じて第１クロック信号ＣＳ１を遅延させて、第２クロック信号ＣＳ２を生成する。第１の変形例における遅延調整回路８０の構成は、図１２に示す遅延調整回路７８の構成と同様である。

第２の実施形態の第１の変形例において、図１２に示す遅延調整回路７８における複数のトランジスタ、複数の抵抗、複数のキャパシタは、第１耐圧の性能すなわち低耐圧性を有する。遅延調整回路８０から出力された第２クロック信号ＣＳ２の電圧レベルは、レベルアップ回路７４においてシフトされる。電圧レベルがシフトされた第２クロック信号ＣＳ２は、第２ノンオーバーラップ信号生成回路７９に出力される。他の構成は、第２の実施形態と同様なため、説明は省略する。第１の変形例では、遅延調整回路７８をＬＶドメインに配置し、１つのレベルアップ回路を削減した。その結果、第１の変形例では、半導体集積回路１の面積を低減することができるという効果を奏する。

（第２の変形例）
第２の実施形態の第２の変形例と第２の実施形態との相違は、第１遅延調整回路がＬＶドメインに配置され、第２遅延調整回路がＨＶドメインに配置されていることにある。図１８は、第２の変形例におけるクロック生成回路７の構成の一例を示す図である。図１８に示すクロック生成回路７は、図１１と図１６とを組み合わせた構成となる。図１９は、遅延コード設定動作に関する半導体集積回路１の構成の一例を示す図である。設定された遅延コードＳＤＣは、ＬＶドメインにおける遅延とＨＶドメインにおける遅延とに応じて、適宜調整される。他の構成は、第２の実施形態および第２の実施形態の第１の変形例と同様なため、説明は省略する。第２の変形例では、ＬＶドメインに第１遅延調整回路８０を配置し、ＨＶドメインに第２遅延調整回路７８を配置した。その結果、第２の変形例では、信頼性の低下をさらに抑制可能な半導体集積回路１を提供することができるという効果を奏する。

（第３の実施形態）
第３の実施形態と第１および第２の実施形態との相違は、ＡＤ変換器５としてデルタシグマ（ΔΣ）型ＡＤ変換器を用いることにある。以下、第１または第２の実施形態に係る半導体集積回路１をデルタシグマ型ＡＤ変換器の初段積分回路に適用した例を説明する。図２０は、図１におけるＡＤ変換器５を除く半導体集積回路１を有するデルタシグマ型ＡＤ変換器２０の一例を示す図である。図２０に示すように、デルタシグマ型ＡＤ変換器２０は、初段積分回路５０ａと、次段積分回路５０ｂとを有する。デルタシグマ型ＡＤ変換器２０は、図２０に示す回路の他に不図示の比較器、ＤＡコンバータ、及び差動アンプなどを有する。

初段積分回路５０ａは、サンプルホールド回路３と、オペアンプ５２と、第２キャパシタ５４を有する。オペアンプ５２の反転入力端子はサンプルホールド回路３の出力端子４と接続され、非反転入力端子は第１耐圧（低耐圧）側のコモンモード電圧１１６に接続される。第２キャパシタ５４は、オペアンプ５２の反転入力端子と、オペアンプ５２の出力端子５３とに接続される。

次段積分回路５０ｂは、第３キャパシタ５５と、第５スイッチ素子５８と、第６スイッチ素子６０と、第７スイッチ素子６２と、第８スイッチ素子６４と、オペアンプ５６と、第４キャパシタ５９を有する。第３キャパシタ５５はサンプル及びホールド用のコンデンサであり、初段積分回路５０ａから出力された信号をサンプリングし、ホールディングを行う。

第５乃至第８スイッチ素子５８、６０、６２、６４は、例えばＭＯＳトランジスタにより構成されている。より具体的には、第５スイッチ素子５８は、オペアンプ５２の出力端子５３に一端が接続され、他端が第３キャパシタ５５における一端（ノードｎ１０）に接続される。第５スイッチ素子５８は、第１耐圧のデバイスから出力された第１スイッチ信号により導通状態又は遮断状態となる。

第６スイッチ素子６０は、一端が第３キャパシタ５５における一端（ノードｎ１０）に接続され、他端が第１耐圧側のデバイスのコモンモード電圧１１６に接続される。第６スイッチ素子６０は第１耐圧のデバイスから出力された第２スイッチ信号により導通状態又は遮断状態となる。

第７スイッチ素子６２は、一端が第３キャパシタ５５の他端（ノードｎ１２）に接続され、他端が第１耐圧側のデバイスのコモンモード電圧１１６に接続される。第７スイッチ素子６２は、基準クロック信号ｆｌｃｋを用いて第１耐圧のデバイスから出力された第１スイッチ信号により動作する。

第８スイッチ素子６４は、一端が第３キャパシタ５５の他端（ノードｎ１２）に接続され、他端がオペアンプ５６の反転入力端子に接続される。第８スイッチ素子６４は、第１耐圧のデバイスから出力された第２スイッチ信号により動作する。

オペアンプ５６の反転入力端子は第８スイッチ素子６４の他端に接続され、非反転入力端子は第１耐圧側のデバイスのコモンモード電圧１１６に接続される。第４キャパシタ５９は、オペアンプ５６の反転入力端子と、オペアンプ５６の出力端子とに接続される。

サンプルホールド回路３のホールド期間では、第５スイッチ素子５８及び第７スイッチ素子６２は、遮断状態であり、第６スイッチ素子６０と第８スイッチ素子６４とは導通状態である。これにより、まず、第２スイッチ素子Ｓｗ２の導通期間において、キャパシタ３２に蓄積された電荷は、第２キャパシタ５４に分配され、蓄電される。このとき第３キャパシタ５５に蓄積された電荷は、次段の第４キャパシタ５９に分配される。

続けて、第１クロック信号がＨｉｇｈとなる期間では、第５スイッチ素子５８及び第７スイッチ素子６２は、導通状態であり、第６スイッチ素子６０と第８スイッチ素子６４とは遮断状態である。これにより、第２キャパシタ５４に蓄積された電荷は、第３キャパシタ５５に分配される。

以上のように第３の実施形態によれば、半導体集積回路１をデルタシグマ型ＡＤ変換器２０の初段積分回路５０ａに適用することとした。これにより、第２耐圧の入力信号Ｖｉｎのホールド期間を第３キャパシタ５５のホ−ルド期間に同期させることが可能となり、第２スイッチ信号の周期でサンプリングを行うデルタシグマ型ＡＤ変換器２０を実現できる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態と第１および第２の実施形態との相違は、ＡＤ変換器５としてインクリメンタルデルタシグマ（ΔΣ）型ＡＤ変換器を用いることにある。以下、第１または第２の実施形態に係る半導体集積回路１をインクリメンタルデルタシグマ型ＡＤ変換器の初段積分回路に適用した例を説明する。図２１は、図１におけるＡＤ変換器５を除く半導体集積回路１を有するインクリメンタルデルタシグマ型ＡＤ変換器３０の一例を示す図である。図２１に示すように、インクリメンタルデルタシグマ型ＡＤ変換器３０は、オペアンプ５２及びオペアンプ５６の負帰還回路にリセットスイッチ５４ｒ、５９ｒを更に備えた点で第３の実施形態係るデルタシグマ型ＡＤ変換器２０と相違する。当該リセットは、一般的にデータレート毎に積分回路をリセット（初期化）することで、履歴の無い（過去に依存しない）ＡＤ変換を要求するアプリケーションでよく使用される。以下では、第３の実施形態係るデルタシグマ型ＡＤ変換器２０と相違する点を説明する。

初段積分回路５０ｃは、オペアンプ５２の反転入力端子と、オペアンプ５２の出力端子５３とにリセットスイッチ５４ｒを更に有する。リセットスイッチ５４ｒはリセット信号Ｒｅｓｅｔにより導通状態又は遮断状態になる。すなわち、リセットスイッチ５４ｒは、リセット信号ＲｅｓｅｔがＨレベルの時に導通状態となり、Ｌレベルの時に遮断状態となる。リセット信号Ｒｅｓｅｔの周期は、データレート周期に相当する。リセットが行われると積分回路が初期化（ＡＤ変換器が強制停止）され、リセットが解除されると、また新たな変換が開始する。

次段積分回路５０ｄは、オペアンプ５６の反転入力端子と、オペアンプ５２の出力端子５３とにリセットスイッチ５９ｒを更に有する。リセットスイッチ５９ｒはリセットスイッチ５４ｒと同期しており、リセット信号Ｒｅｓｅｔにより導通状態又は遮断状態になる。

このように、初段積分回路５０ｃは、データレート周期で第２キャパシタ５４をリセットすることで第３の実施形態における初段積分回路５０ａと相違する。同様に、次段積分回路５０ｄは、データレート周期で第４キャパシタ５９をリセットすることで第３の実施形態の、次段積分回路５０ｄと相違する。

以上のように第４の実施形態によれば、半導体集積回路１をインクリメンタルデルタシグマ型ＡＤ変換器３０の初段積分回路５０ｃに適用することとした。これにより、第２耐圧の入力信号Ｖｉｎのホールド期間を第３キャパシタ５５のホ−ルド期間に同期させるとともに、第４キャパシタ５９をリセットすることが可能となり、第２スイッチ信号の周期でサンプリングを行うインクリメンタルデルタシグマ型ＡＤ変換器３０を実現できる。

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。

１ 半導体集積回路、２ サンプルホールド回路への入力端子、３ サンプルホールド回路、４ 出力端子、５ ＡＤ変換器、６ クロック生成回路への入力端子、７ クロック生成回路、８ 入力端子、１１ 制御回路、１３ 記憶回路、１５ 選択回路、２０ デルタシグマ型ＡＤ変換器、３０ インクリメンタルデルタシグマ型ＡＤ変換器、３１ 低耐圧デバイス、３２ キャパシタ、３３ 高耐圧デバイス、５２ オペアンプ、５３ オペアンプの出力端子、５４ 第２キャパシタ、５５ 第３キャパシタ、５６ オペアンプ、５８ 第５スイッチ素子、５９ 第４キャパシタ、６０ 第６スイッチ素子、６２ 第７スイッチ素子、６４ 第８スイッチ素子、７１ 第１ノンオーバーラップ信号生成回路、７３ 第１レベルアップ回路、７４ レベルアップ回路、７５ 第２レベルアップ回路、７６ 遅延調整回路、７７ 遅延調整回路、７８ 遅延調整回路、７９ 第２ノンオーバーラップ信号生成回路、８０ 遅延調整回路、８１ レベルダウン回路、８３ 位相差検出器、８５ ループフィルタ、８７ マスク信号生成回路、１１６ コモンモード電圧。

Claims (9)

1. 第１耐圧のデバイスと前記第１耐圧よりも高い第２耐圧のデバイスとを有するサンプルホールド回路と、
   前記第１耐圧のデバイスに供給される第１クロック信号を生成し、前記第２耐圧のデバイスに供給される第２クロック信号を前記第１クロック信号に基づいて生成するクロック生成回路と、を有し、
   前記クロック生成回路は、
   前記第２クロック信号の生成において、前記第２クロック信号を遅延させて前記第２クロック信号の位相を前記第１クロック信号の位相に近づける調整を行う遅延調整回路を有する、半導体集積回路。
2. 前記クロック生成回路は、前記第１クロック信号の電圧レベルを前記第２耐圧に関する電圧レベルにシフトするレベルアップ回路をさらに有し、
   前記遅延調整回路は、前記レベルアップ回路の前段と前記レベルアップ回路の後段とのうち少なくとも一つに接続される、
   請求項１に記載の半導体集積回路。
3. 前記クロック生成回路は、
   前記第２クロック信号の電圧レベルを前記第１耐圧に関するレベルにシフトするレベルダウン回路と、
   前記レベルダウン回路から出力された前記第２クロック信号のレベルダウン信号と前記第１クロック信号との位相差に対応する位相誤差信号を生成する位相差検出器と、をさらに有し、
   前記遅延調整回路は、前記位相誤差信号に応じた遅延量で前記第１クロック信号を遅延させて、前記第２クロック信号を生成する、
   請求項１または２に記載の半導体集積回路。
4. 前記遅延調整回路は、前記第２クロック信号の位相を前記第１クロック信号の位相に近づけるように調整されたデジタルコードに応じた遅延量で前記第１クロック信号を遅延させて、前記第２クロック信号を生成する、
   請求項１または２に記載の半導体集積回路。
5. テスト信号に対して、前記第１クロック信号に対する遅延量を変化させて得られた複数のデジタルコード各々は、前記複数のデジタルコード各々を取得するために用いられた遅延量に対応付けられ、
   前記遅延調整回路は、前記複数のデジタルコードのうち、前記テスト信号に対する正解のデジタルコードに最も近い遅延量を用いて、前記第２クロック信号を生成する、
   請求項４に記載の半導体集積回路。
6. 請求項１乃至５のうちいずれか一項に記載の半導体集積回路を有するＡＤ変換器。
7. 請求項１乃至５のうちいずれか一項に記載の半導体集積回路を有するデルタシグマ型ＡＤ変換器。
8. 請求項１乃至５のうちいずれか一項に記載の半導体集積回路を有するインクリメンタルデルタシグマ型ＡＤ変換器。
9. 請求項１乃至５のうちいずれか一項に記載の半導体集積回路を有するスイッチトキャパシタ。

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