JP2548207B2 - A/d変換器 - Google Patents

A/d変換器

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JP2548207B2
JP2548207B2 JP62169847A JP16984787A JP2548207B2 JP 2548207 B2 JP2548207 B2 JP 2548207B2 JP 62169847 A JP62169847 A JP 62169847A JP 16984787 A JP16984787 A JP 16984787A JP 2548207 B2 JP2548207 B2 JP 2548207B2
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switch
capacitor
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capacitors
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久雄 大竹
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Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、ディジタル信号処理に使用されるアナログ
−ディジタル変換器に関し、更に詳しくは逐次比較方式
の一つである所謂電荷比較方式のアナログ−ディジタル
変換器に関する。
〈従来の技術〉 ディジタル信号処理に使用されるアナログ−ディジタ
ル変換器(以下、A/D変換器と略す)としては、応用範
囲が広く、直列出力が取り出せる等の特徴を有する逐次
比較方式のA/D変換器が一般的である。更にこの逐次比
較方式の一つとして、コンデンサラダーの電荷を使用す
る所謂電荷比較方式があり、例えば相良岩男監修「A/D,
D/Aコンバータ設計・応用の要点」日本工業技術センタ
ーp.69〜70に記載されている。
第3図は、従来の電荷比較方式A/D変換器の一構成例
を示す回路図である。この従来例は、MSB(Most Signif
icant Bit:最上位ビット)であるサインビットを含めて
4ビットのA/D変換器で、夫々20,20,21,22に重み付けさ
れたコンデンサ21,22,23,24から成るコンデンサラダー2
5の電荷を使用するものである。
次に両極性即ち+と−の入力を同時に取り扱う場合の
上記A/D変換器の動作原理を以下に示す。
(1)先ずスイッチSWを入力電圧Vx側に接続するととも
に、ラダースイッチ26〜29を切り換えてコンデンサ21〜
24の一端に入力電圧Vxを印加する。斯かる状態でスイッ
チ30をONする事により、コンデンサ21〜24は入力電圧Vx
で充電される。これがサンプルモードになる。
(2)次いでスイッチ30をOFFしてから、ラダースイッ
チ26〜29を切り換えてコンデンサ21〜24の一端を全て接
地すると、コンパレータ31の反転入力端子への入力電圧
Vaは−Vxとなる。ここでVa即ち−Vxの極性を判定し、MS
Bを決定する。そしてVa<0即ちVx>0ならばスイッチS
Wを正の基準電圧+VR側に接続し、又Va>0即ちVx<0
ならばスイッチSWを負の基準電圧−VR側に接続する。
以下Vx>0の場合について説明する。
(3)ラダースイッチ29のみ+VR側に接続するとVaは1/
2VRだけ変化して となる。従って ならばVa<0、 ならばVa>0となり、Vaの極性をコンパレータで判断し
て第2ビットを決定する。Va<0ならばそのまま、Va>
0ならばスイッチ29を接地側に戻す。
(4)次いでラダースイッチ28を反転させると、Vaの変
化は1/4VRとなる。即ち 又は となり、このVaの極性をコンパレータで判定して第3ビ
ットを決定する。
(5)次いでラダースイッチ27を切り換えると、Vaの変
化は1/8VRとなる。そして第3ビットの場合と同様にVa
の極性をコンパレータで判定して、第4ビットを決定す
る。
Vx<0の場合も上記(3)〜(5)と同様の手順によ
って第2,第3,第4ビットを決定する事が出来る。
即ち22に重み付けされたコンデンサ24と接続したラダ
ースイッチ29を第2ビット、以下順にラダースイッチ28
を第3ビット、ラダースイッチ27を第4ビットに夫々対
応させる。更にラダースイッチ27〜29が、入力電圧Vxと
正負基準電圧+VR,−VRとを切り換えるスイッチSWに接
続されている状態を各ビットの1に対応させ、スイッチ
27〜29が接地側に接続されている状態を各ビットの0に
対応させる。
又MSBは、スイッチSWが正の基準電圧+VRに接続され
ている状態を0とし、負の基準電圧−VRに接続されてい
る状態を1とする。
そして上記構成のA/D変換器の変換特性は第4図の様
になり、上記各スイッチSW及び26〜29の設定状態に基づ
いて図中左端に示した様なコードが得られる。ここで、
負のデータ(MSB=1)についてのみMSB以外のビットの
コンプリメントを取ると、第4図中右端に示した様な2
の補数コードが得られる。
〈発明が解決しようとする問題点〉 しかし上記構成の電荷比較方式A/D変換器では、4ビ
ットの場合、第4図に示す如くデジタル出力0に対して
アナログ入力の中心値1/16、ディジタル出力1に対して
アナログ入力の中心値3/16という様に、アナログ入力の
中心値とデジタル出力がずれる。即ち変換特性が、最下
位ビットを表すLSB(Least Significant Bit)の1/2だ
けオフセットを持ってしまうという欠点があった。
〈問題点を解決するための手段〉 本発明は上記問題点を解決すべく提案されたものであ
り、単位容量を有する第1及び第2のコンデンサ及びこ
の単位容量に対して2n倍(nは自然数)に重み付けされ
た容量を有する複数の第3のコンデンサとから構成さ
れ、各コンデンサの一端が共通に接続されたコンデンサ
ラダー回路とを含むA/D変換回路において、特に次のよ
うな構成を採用したものである。すなわち、第1のコン
デンサを単位容量の半分の容量を有する第4及び第5の
コンデンサに分割し、この第5のコンデンサの他端に接
続された第1のノードに、アナログ電圧レベルまたは接
地電圧レベルを選択的に伝達する第1のスイッチを設
け、第2のノードに負の基準電圧レベルまたは正の基準
電圧レベルを選択的に伝達する第2のスイッチを設け
る。さらに、第2及び第3のコンデンサの各他端に各々
接続され、この第2及び第3のコンデンサの各他端に第
1ノードまたは第2ノードに現れる電圧レベルを選択的
に伝達する複数の第3のスイッチを設け、第4のコンデ
ンサの他端に接続され、第4のコンデンサの他端に負の
基準電圧レベルまたは第1ノードに現れる電圧レベルを
選択的に伝達する第4のスイッチを設け、各コンデンサ
の一端に現れる電圧レベルを受信する非反転端子と、接
地電圧レベルを受信する反転端子と、出力端子とを有す
るコンパレータを設けたものである。
〈作用〉 上記構成により、入力電圧をサンプリングした後、上
記第4のコンデンサにより各ビットの判定を1/2LSBだけ
シフトさせる。その後、他の第2及び第3のコンデンサ
によりA/D変換を行う。
〈実施例〉 以下、図面に基づいて本発明の一実施例を説明する。
第1図は、本発明のA/D変換器の一実施例を示す回路
図である。
本実施例の場合、サインビットを含めて4ビットのA/
D変換器で、コンデンサラダー1は、2-1に重み付けされ
た付加コンデンサ2と、夫々2-1,20,21,22に重み付けさ
れた比較コンデンサ3,4,5,6との五個のコンデンサから
構成されている。即ち付加コンデンサ2と比較コンデン
サ3は容量値1/2C(例えば0.5pF)、又比較コンデンサ
4,5,6の容量値は夫々C,2C,4Cである。
上記付加コンデンサ2の一端は、非反転入力端子を接
地したコンパレータ7の反転入力端子と、接地電位に対
してオンオフするスイッチ8とに接続され、他端は、入
力電圧源9と接地とを切換えるサンプリングスイッチ10
に接続されている。
上記比較コンデンサ3,4,5,6の一端は、付加コンデン
サ2の一端と同様にコンパレータ7の反転入力端子とス
イッチ8とに接続され、他端は夫々二接点を有するラダ
ースイッチ11,12,13,14に接続されている。
上記ラダースイッチ11〜14のうち、2-1に重み付けさ
れた比較コンデンサ3に接続されたラダースイッチ11の
一方の接点は上記サンプリングスイッチ10に接続され、
他方の接点は負の基準電圧源15(負の基準電圧−VR)に
接続されている。
又他のラダースイッチ12,13,14の一方の接点は夫々上
記サンプリングスイッチ10に接続され、他方の接点は、
正の基準電圧源16(正の基準電圧+VR)と上記負の基準
電圧源15とを切換える極性切換えスイッチ17に接続され
ている。
更に上記コンパレータ7の出力端子は、A/D変換動作
を制御する制御回路18に接続されている。
上記スイッチ8,ラダースイッチ10〜14,極性切換えス
イッチ17、及びコンパレータ7は例えば電界効果トラン
ジスタで構成される。
次に本発明の動作を、第1図を用いて順を追って説明
する。
(1)先ずサンプリングスイッチ10を入力電圧源9に接
続し、ラダースイッチ11〜14を全てサンプリングスイッ
チ10側に接続する。斯かる状態でスイッチ8をONするこ
とにより、各コンデンサ2〜6は入力電圧Vxで充電され
る。これがサンプルモードとなる。
(2)次いでスイッチ8をOFFしてからサンプリングス
イッチ10を接地側に接続し、ラダースイッチ11を負の基
準電圧源15に接続すると、コンパレータ7の入力電圧Va
となる。この操作によって各ビットの判定を1/2LSBシフ
トする事になる。ここでVa即ち の極性を判定し、MSBを決定する。Va<0即ち ならば極性切換えスイッチ17を+VRに接続し、Va>0す
なわち ならばスイッチ17を−VRに接続する。
以下 の場合について説明する。
(3)ラダースイッチ14のみ極性切換えスイッチ17側に
接続すると、Vaは1/2VRだけ変化して ならばVa<0, ならばVa>0となり、このVaの極性をコンパレータで判
定して第2ビットを決定する。そしてVa<0ならばラダ
ースイッチ14はそのまま、Va>0ならばラダースイッチ
14をサンプリングスイッチ10側に戻す。
(4)次いでラダースイッチ13を反転させるとVaの変化
は1/4VRとなる。即ち 又は となり、このVaの極性をコンパレータ7で判定して第3
ビットを決定する。
(5)次いでラダースイッチ12を切り換えると、Vaの変
化は1/8VRとなる。そして第3ビットの場合と同様にVa
の極性をコンパレータ7で判定し、第4ビットを決定す
る。
の場合には、極性切換えスイッチ17を−VRに接続する
が、この場合の上記(3)における動作は次の様にな
る。
即ちラダースイッチ14のみ極性切換えスイッチ17側に
接続すると、Vaは1/2VRだけ変化して ならばVa<0, ならばVa>0となるのでコンパレータ7で判定して第2
ビットを決定する。Va>0ならばラダースイッチ14はそ
のまま、Va<0ならラダースイッチ14をサンプリングス
イッチ10側に戻す。上記(4),(5)における動作も
同様になる。
又MSBは、極性切換えスイッチ17が+VRに接続されて
いる状態を0とし、−VRに接続されている状態を1とす
る。更にラダースイッチ14を第2ビット,ラダースイッ
チ13を第3ビット,ラダースイッチ12を第4ビットに対
応させる。
そしてラダースイッチ12〜14が極性切換えスイッチ17
側に接続されている状態を各ビットの1に対応させ、ラ
ダースイッチ12〜14がサンプリングスイッチ10側に接続
されている状態を各ビットの0に対応させる。
上記構成によりA/D変換器の変換特性は第2図の様に
なり、アナログ入力の中心値とデジタル出力は合致し、
よってオフセットを持たない。そして上記ラダースイッ
チ12〜14及び極性切換えスイッチ17の設定状態に基づい
て図中左端に示した様なコードが得られる。ここで、出
力データが負(MSB=1)の場合のみMSB以外のビットの
コンプリメントを取れば、第2図中の右端に示した様な
補数コードが得られる。
〈発明の効果〉 以上述べた様に、本発明によれば、A/D変換に必要な
コンデンサラダー回路のコンデンサの容量配分を工夫し
たので、回路規模の増大を招くことなく、容易に比較結
果を1/2LSBシフトさせることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明のA/D変換器の一実施例を示す回路
図、 第2図は、本発明のA/D変換器の変換特性を示す図、 第3図は、従来のA/D変換器の一構成例を示す回路図、 第4図は、従来のA/D変換器の変換特性を示す図であ
る。 1……コンデンサラダー, 2……付加コンデンサ, 3〜6……比較コンデンサ,7……コンパレータ, 8……スイッチ,9……入力電圧源, 10……サンプリングスイッチ, 11〜14……ラダースイッチ, 15……負の基準電圧源,16……正の基準電圧源, 17……極性切換えスイッチ,18……制御回路。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】単位容量を有する第1及び第2のコンデン
    サ及び前記単位容量に対して2n倍(nは自然数)に重み
    付けされた容量を有する複数の第3のコンデンサとから
    構成され、各コンデンサの一端が共通に接続されたコン
    デンサラダー回路とを含むA/D変換回路において、 前記第1のコンデンサは、前記単位容量の半分の容量を
    有する第4及び第5のコンデンサに分割されて構成さ
    れ、 前記第5のコンデンサの他端に接続された第1のノード
    に、アナログ電圧レベルまたは接地電圧レベルを選択的
    に伝達する第1のスイッチと、 第2のノードに、負の基準電圧レベルまたは正の基準電
    圧レベルを選択的に伝達する第2のスイッチと、 前記第2及び第3のコンデンサの各他端に各々接続さ
    れ、前記第2及び第3のコンデンサの各他端に前記第1
    ノードまたは前記第2ノードに現れる電圧レベルに選択
    的に伝達する複数の第3のスイッチと、 前記第4のコンデンサの他端に接続され、前記第4のコ
    ンデンサの他端に前記負の基準電圧レベルまたは前記第
    1ノードに現れる電圧レベルを選択的に伝達する第4の
    スイッチと、 前記各コンデンサの一端に現れる電圧レベルを受信する
    非反転端子と、前記接地電圧レベルを受信する反転端子
    と、出力端子とを有するコンパレータとを有することを
    特徴とするA/D変換器。
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