JP2638002B2 - 並列型a/d変換器 - Google Patents
並列型a/d変換器Info
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はアナログ値をデジタル値に変換する並列型A/
D変換器に関するものである。
D変換器に関するものである。
従来の技術 従来の並列型A/D変換器は第2図に示すように入力信
号1を比較器列4の各比較器の一方の入力端に並列に入
力し、基準電圧2を基準抵抗列3により分圧して各参照
電圧を形成し、各比較器の他方の入力端に夫々順序良く
入力し、夫々の比較器は夫々の参照電圧と入力信号1を
比較増幅して比較結果を出力する。この比較出力は入力
信号1と夫々の比較器の参照電圧の電位差が最も近い比
較器を境界にしてそれより参照電圧の高い比較器は全て
0レベル、低い比較器は全て1レベルの比較出力を発生
する。そこで論理回路列9において臨接する比較器の夫
々の比較出力を入力として一方が正論理、他方が負論理
の論理積をとれば、比較出力が異なる2つの信号を入力
した論理回路の論理出力のみが1になり、残りの論理回
路の論理出力は0となる。そこでこの論理出力をエンコ
ーダ回路7に入力すれば、論理出力が1のときのコード
のみが選択されて2進出力が出力端8に出力され、アナ
ログ・デジタル変換が行われている。
号1を比較器列4の各比較器の一方の入力端に並列に入
力し、基準電圧2を基準抵抗列3により分圧して各参照
電圧を形成し、各比較器の他方の入力端に夫々順序良く
入力し、夫々の比較器は夫々の参照電圧と入力信号1を
比較増幅して比較結果を出力する。この比較出力は入力
信号1と夫々の比較器の参照電圧の電位差が最も近い比
較器を境界にしてそれより参照電圧の高い比較器は全て
0レベル、低い比較器は全て1レベルの比較出力を発生
する。そこで論理回路列9において臨接する比較器の夫
々の比較出力を入力として一方が正論理、他方が負論理
の論理積をとれば、比較出力が異なる2つの信号を入力
した論理回路の論理出力のみが1になり、残りの論理回
路の論理出力は0となる。そこでこの論理出力をエンコ
ーダ回路7に入力すれば、論理出力が1のときのコード
のみが選択されて2進出力が出力端8に出力され、アナ
ログ・デジタル変換が行われている。
発明が解決しようとする問題点 このような並列型A/D変換器は比較器の参照電圧と入
力電圧が極めて近いときにエラーを発生し、A/D変換の
信頼性を著るしく劣化させているという問題があった。
力電圧が極めて近いときにエラーを発生し、A/D変換の
信頼性を著るしく劣化させているという問題があった。
このことを図を用いて説明する。第3図は比較器回路
の入出力特性である。比較器は入力信号が参照電圧より
大きいときに論理レベルが「1」になるような出力電圧
を、入力信号が参照電圧より小さいときに論理レベルが
「0」になるような出力電圧を発生させ、さらに入力信
号が参照電圧近傍にあるときは論理しきい値近傍の電圧
を発生する。またこのときヒステリシス特性や、ノイズ
によるばらつきがあり、論理レベルがあいまいな状態を
取る。第4図は第2図に示した従来の並列型A/D変換器
の一部分だけを切り出した回路図である。論理回路列9
における各論理回路の正転入力をA,反転入力をBとする
と論理回路出力Qは Q=A・ ……(1) の論理式で表わされる。第5図(A),(B),(C)
はこれら論理回路の入出力状態を表わす論理状態図であ
り、i,i−1,i−2は論理回路の番号を表わしている。入
力信号1がi番の比較器の参照電圧Vriよりも充分高
く、かつi+1番の比較器の参照電圧Vri+1よりも低い
場合の論理状態は第5図(A)のようになり、i−1番
の論理回路の論理出力のみが「1」になり、他の論理出
力は全て「0」になるので、第2図に示したエンコーダ
回路7により2進化された正常な変換値が得られる。し
かしながら入力信号が参照電圧Vriとほぼ等しくなった
場合は次の2つのエラーが発生する可能性がある。第5
図(B)はi番の比較器からの出力信号は論理しきい値
近傍にあるのでこれをi−1番の論理回路は「0」、i
番の論理回路は「1」と見なした場合で、このときは2
個の論理出力が「1」となり、エンコーダ回路7で論理
合成がおこりエラーを発生させる。例えば7番と8番の
論理回路が「1」を発生させたときエンコーダ回路7で
は「0111」と「1000」が各ビットで論理和がとられ「11
11」つまり「15」を出力してしまい、本来の値「7」も
しくは「8」に対し、極めて大きな誤差を発生する。第
5図(C)は第5図(B)とは逆に、i番の比較器から
の出力信号をi−1番の論理回路は「0」、i番の論理
回路は「1」と見なした場合で、このときは論理出力が
全て「0」になり、大きな誤差となる。
の入出力特性である。比較器は入力信号が参照電圧より
大きいときに論理レベルが「1」になるような出力電圧
を、入力信号が参照電圧より小さいときに論理レベルが
「0」になるような出力電圧を発生させ、さらに入力信
号が参照電圧近傍にあるときは論理しきい値近傍の電圧
を発生する。またこのときヒステリシス特性や、ノイズ
によるばらつきがあり、論理レベルがあいまいな状態を
取る。第4図は第2図に示した従来の並列型A/D変換器
の一部分だけを切り出した回路図である。論理回路列9
における各論理回路の正転入力をA,反転入力をBとする
と論理回路出力Qは Q=A・ ……(1) の論理式で表わされる。第5図(A),(B),(C)
はこれら論理回路の入出力状態を表わす論理状態図であ
り、i,i−1,i−2は論理回路の番号を表わしている。入
力信号1がi番の比較器の参照電圧Vriよりも充分高
く、かつi+1番の比較器の参照電圧Vri+1よりも低い
場合の論理状態は第5図(A)のようになり、i−1番
の論理回路の論理出力のみが「1」になり、他の論理出
力は全て「0」になるので、第2図に示したエンコーダ
回路7により2進化された正常な変換値が得られる。し
かしながら入力信号が参照電圧Vriとほぼ等しくなった
場合は次の2つのエラーが発生する可能性がある。第5
図(B)はi番の比較器からの出力信号は論理しきい値
近傍にあるのでこれをi−1番の論理回路は「0」、i
番の論理回路は「1」と見なした場合で、このときは2
個の論理出力が「1」となり、エンコーダ回路7で論理
合成がおこりエラーを発生させる。例えば7番と8番の
論理回路が「1」を発生させたときエンコーダ回路7で
は「0111」と「1000」が各ビットで論理和がとられ「11
11」つまり「15」を出力してしまい、本来の値「7」も
しくは「8」に対し、極めて大きな誤差を発生する。第
5図(C)は第5図(B)とは逆に、i番の比較器から
の出力信号をi−1番の論理回路は「0」、i番の論理
回路は「1」と見なした場合で、このときは論理出力が
全て「0」になり、大きな誤差となる。
このように従来の並列型A/D変換器においては本質的
にエラーを発生するという容認し得ない欠点がある。
にエラーを発生するという容認し得ない欠点がある。
本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、エラーが
発生しにくく、信頼性の高い並列型A/D変換器を提供す
ることを目的としている。
発生しにくく、信頼性の高い並列型A/D変換器を提供す
ることを目的としている。
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るため、単調に増加する
順序に(i)(i≧1)番目の順番が全ての参照電圧に
付与された複数の参照電圧を発生する参照電圧発生手段
と、 前記(i)番目の参照電圧と入力電圧を比較して
(i)番目の比較出力とする複数の比較器から成る比較
器列と、前記比較器列における隣接する奇数番目(2n−
1,2n+1)(n≧1)の比較出力間を入力して隣接する
奇数番の参照電圧に挟まれた電圧範囲で論理出力がアク
ティブになる奇数の番号が付与された奇数論理回路列
と、同様に隣接する偶数番目の比較出力間を入力して隣
接する偶数番(2n,2n+2)の参照電圧に挟まれた電圧
範囲で論理出力がアクティブになる偶数の番号が付与さ
れた偶数論理回路列とから成る第1の論理回路列と、前
記奇数論理回路列と前記偶数論理回路列から隣接する番
号の奇数の番号(2n−1)が付与された論理回路の出力
と偶数の番号(2n)が付与された論理回路の出力を入力
として(0,1)又は(1,0)の相異なる特定の論理状態の
ときにアクティブになる複数の論理回路から成る第2の
論理回路列と、前記第2の論理回路列からの出力をエン
コードしてA/D変換値を発生するエンコーダとを備えた
並列型A/D変換器である。
順序に(i)(i≧1)番目の順番が全ての参照電圧に
付与された複数の参照電圧を発生する参照電圧発生手段
と、 前記(i)番目の参照電圧と入力電圧を比較して
(i)番目の比較出力とする複数の比較器から成る比較
器列と、前記比較器列における隣接する奇数番目(2n−
1,2n+1)(n≧1)の比較出力間を入力して隣接する
奇数番の参照電圧に挟まれた電圧範囲で論理出力がアク
ティブになる奇数の番号が付与された奇数論理回路列
と、同様に隣接する偶数番目の比較出力間を入力して隣
接する偶数番(2n,2n+2)の参照電圧に挟まれた電圧
範囲で論理出力がアクティブになる偶数の番号が付与さ
れた偶数論理回路列とから成る第1の論理回路列と、前
記奇数論理回路列と前記偶数論理回路列から隣接する番
号の奇数の番号(2n−1)が付与された論理回路の出力
と偶数の番号(2n)が付与された論理回路の出力を入力
として(0,1)又は(1,0)の相異なる特定の論理状態の
ときにアクティブになる複数の論理回路から成る第2の
論理回路列と、前記第2の論理回路列からの出力をエン
コードしてA/D変換値を発生するエンコーダとを備えた
並列型A/D変換器である。
作 用 (i)番目の比較器と(i+2)番目の比較器の各々
の比較出力を入力とする第1の論理回路列により、エラ
ー状態でも1つ以上の第1の論理回路列の論理出力が連
続して「1」を発生する。さらにエラー発生は入力信号
が参照電圧近傍にある場合だけなので、この参照電圧を
Vjとすれば変換値を(j)もしくは(j−1)としても
誤差にはならない。このような性質を利用して、この第
1の論理回路列の出力を入力とする第2の論理列の論理
を適切に構成することでエラーのない並列型A/D変換器
を実現できる。
の比較出力を入力とする第1の論理回路列により、エラ
ー状態でも1つ以上の第1の論理回路列の論理出力が連
続して「1」を発生する。さらにエラー発生は入力信号
が参照電圧近傍にある場合だけなので、この参照電圧を
Vjとすれば変換値を(j)もしくは(j−1)としても
誤差にはならない。このような性質を利用して、この第
1の論理回路列の出力を入力とする第2の論理列の論理
を適切に構成することでエラーのない並列型A/D変換器
を実現できる。
実施例 第1図は本発明の一実施例である並列型A/D変換器の
回路図である。第1図において、5は第1の論理回路列
であり(i)番の論理回路は(i)番の比較器の比較出
力と(i+2)番の比較器の反転比較出力を入力とする
論理和回路である。また6は第2の論理回路列であり、
(i)番の第1論理回路の出力をyi,(i)番の第2論
理回路の出力をZiとすれば Zi=yi・▲▼ ……(2) の論理式を満足するような論理回路になっている。
回路図である。第1図において、5は第1の論理回路列
であり(i)番の論理回路は(i)番の比較器の比較出
力と(i+2)番の比較器の反転比較出力を入力とする
論理和回路である。また6は第2の論理回路列であり、
(i)番の第1論理回路の出力をyi,(i)番の第2論
理回路の出力をZiとすれば Zi=yi・▲▼ ……(2) の論理式を満足するような論理回路になっている。
次に動作を説明する。第1の論理回路列5のi番目の
論理回路はi番の比較器と(i+2)番の比較器の比較
出力を入力とする。i番の比較器の参照電圧をVriとす
ると、第1の論理回路列5のi番目の論理回路出力yiが
「1」になるのは入力電圧Vinが次式の場合である。
論理回路はi番の比較器と(i+2)番の比較器の比較
出力を入力とする。i番の比較器の参照電圧をVriとす
ると、第1の論理回路列5のi番目の論理回路出力yiが
「1」になるのは入力電圧Vinが次式の場合である。
yi=「1」:VriVin<Vr(i+2) ……(3) 同様に yi-1=「1」:Vr(i-1)Vin<Vr(i+1) ……(4) であるから Zi=yi・yi-1=「1」:VriVin<Vr(i+1) ……(5) が得られ、A/D変換値が求められる。つまり第1の論理
回路列においては臨接する2つの論理回路の出力が2LSB
(最小ビット単位)にわたって「1」となるので、第2
の論理回路列でこれら第1の論理回路列の臨接する出力
の論理積をとれば入力電圧範囲を最小ビット単位で特定
することができA/D変換値が得られる。この様子を第6
図に示す。
回路列においては臨接する2つの論理回路の出力が2LSB
(最小ビット単位)にわたって「1」となるので、第2
の論理回路列でこれら第1の論理回路列の臨接する出力
の論理積をとれば入力電圧範囲を最小ビット単位で特定
することができA/D変換値が得られる。この様子を第6
図に示す。
第1の論理回路列においては必ず偶数番の論理回路と
奇数番の論理回路が同時に「1」を出すので第1の論理
回路列の論理出力yを偶数と奇数に分けて示している。
Zは第2の論理回路列の出力である。第6図(A)は入
力信号が5から6の間にある場合で、このときは第1の
論理回路列の4番と5番の論理出力が同時に1になって
おり、第(5)式の論理演算で第2の論理回路列の出力
Z5が「1」になり、これをエンコーダ回路を用いて2進
数に変換してA/D変換値が得られる。第6図(B)は入
力信号が4から5の間にある場合で、第1の論理回路列
の3番と4番の論理出力が同時に1になっており、第2
の論理回路列の出力Z4が「1」になり、正常な変換が行
われる。
奇数番の論理回路が同時に「1」を出すので第1の論理
回路列の論理出力yを偶数と奇数に分けて示している。
Zは第2の論理回路列の出力である。第6図(A)は入
力信号が5から6の間にある場合で、このときは第1の
論理回路列の4番と5番の論理出力が同時に1になって
おり、第(5)式の論理演算で第2の論理回路列の出力
Z5が「1」になり、これをエンコーダ回路を用いて2進
数に変換してA/D変換値が得られる。第6図(B)は入
力信号が4から5の間にある場合で、第1の論理回路列
の3番と4番の論理出力が同時に1になっており、第2
の論理回路列の出力Z4が「1」になり、正常な変換が行
われる。
以上のように、第2の論理回路列を第(5)式を満足
するように構成すれば並列型A/D変換器が実現できる
が、本実施例においてはさらに第2の論理回路列6を第
(2)式を満足するように構成することで従来のA/D変
換器の問題点を解決している。
するように構成すれば並列型A/D変換器が実現できる
が、本実施例においてはさらに第2の論理回路列6を第
(2)式を満足するように構成することで従来のA/D変
換器の問題点を解決している。
第7図はエラー発生時の第1の論理回路列の出力y及
び第2の論理回路列の出力Zの論理状態を示している。
エラーは第7図の(A)〜(D)の4つのタイプに分類
できる。(A)は入力電圧が5番の比較器の参照電圧近
傍にあり、第1の論理回路列の3番と5番が同時に
「1」を出力したときであり、(B)は同様に同時に
「0」を出力したときである。これらのとき第1の論理
回路列の4番の出力は安定な「1」である。次に(C)
は入力電圧が6番の比較器の参照電圧近傍にあり第1の
論理回路列の4番と6番が同時に「1」を出力したとき
であり、(D)は同様に同時に「0」を出力したときで
ある。これらのとき第1の論理回路列の5番の出力は安
定な「1」である。以上エラーモードは基本的に2つで
あり、この状態を偶数および奇数に対して適用すれば、
全てのエラー状態を想定したことになる。
び第2の論理回路列の出力Zの論理状態を示している。
エラーは第7図の(A)〜(D)の4つのタイプに分類
できる。(A)は入力電圧が5番の比較器の参照電圧近
傍にあり、第1の論理回路列の3番と5番が同時に
「1」を出力したときであり、(B)は同様に同時に
「0」を出力したときである。これらのとき第1の論理
回路列の4番の出力は安定な「1」である。次に(C)
は入力電圧が6番の比較器の参照電圧近傍にあり第1の
論理回路列の4番と6番が同時に「1」を出力したとき
であり、(D)は同様に同時に「0」を出力したときで
ある。これらのとき第1の論理回路列の5番の出力は安
定な「1」である。以上エラーモードは基本的に2つで
あり、この状態を偶数および奇数に対して適用すれば、
全てのエラー状態を想定したことになる。
第7図において第2の論理回路列の出力Zは論理を第
(2)式を満たすように構成したときの論理状態であ
る。(A)〜(D)のいづれの場合も正常値が出力され
る。
(2)式を満たすように構成したときの論理状態であ
る。(A)〜(D)のいづれの場合も正常値が出力され
る。
この論理回路が有効な理由を第8図を用いて説明す
る。
る。
第8図は(A)に第6図(A),(B)に対応する正
常変換時の論理状態を(B)に第7図(A),(C)に
示したエラー状態、(C)に第7図(B),(D)に示
したエラー状態を示す。yiは第1の論理回路列のi番目
の論理出力、Ziは第2の論理回路列のi番目の論理出力
を示している。第(2)式より Zi=yi・▲▼ ……(2) であることから、Ziが「1」になるためには、yi=
「1」,yi+1=「0」でなければならないが、第7図
(A),(B),(C)のいづれの場合もZiが「1」に
なるZiが存在し、しかも唯一である。この理由は第1の
論理回路列が正常変換状態、エラー状態においても第1
の論理回路列の出力yにおいていづれかの番号の論理回
路は1つ以上「1」を発生し、しかも連続した番号で
「1」を発生するからである。この点が本発明の重要な
点で従来の並列型A/D変換器では第5図(B),(C)
のようにデーターの二重発生が生じたり、変換値の消失
が発生していた欠点を除去している。なお第2の論理回
路列6の論理構成を第(2)式で与えたような構成にし
ているが、第8図からわかるように Zi=yi-1・▲▼ ……(6) の論理式を用いても良い。またエンコーダ回路7は実施
例においてバイナリーコードを用いているが、他のコー
ド、例えばグレイコードであっても良いことは言うまで
もない。
常変換時の論理状態を(B)に第7図(A),(C)に
示したエラー状態、(C)に第7図(B),(D)に示
したエラー状態を示す。yiは第1の論理回路列のi番目
の論理出力、Ziは第2の論理回路列のi番目の論理出力
を示している。第(2)式より Zi=yi・▲▼ ……(2) であることから、Ziが「1」になるためには、yi=
「1」,yi+1=「0」でなければならないが、第7図
(A),(B),(C)のいづれの場合もZiが「1」に
なるZiが存在し、しかも唯一である。この理由は第1の
論理回路列が正常変換状態、エラー状態においても第1
の論理回路列の出力yにおいていづれかの番号の論理回
路は1つ以上「1」を発生し、しかも連続した番号で
「1」を発生するからである。この点が本発明の重要な
点で従来の並列型A/D変換器では第5図(B),(C)
のようにデーターの二重発生が生じたり、変換値の消失
が発生していた欠点を除去している。なお第2の論理回
路列6の論理構成を第(2)式で与えたような構成にし
ているが、第8図からわかるように Zi=yi-1・▲▼ ……(6) の論理式を用いても良い。またエンコーダ回路7は実施
例においてバイナリーコードを用いているが、他のコー
ド、例えばグレイコードであっても良いことは言うまで
もない。
発明の効果 以上説明したように本発明は、(i)番目の比較器と
(i+2)番目の比較器の各々の比較出力を入力とする
第1の論理回路列によりエラー状態でも1つ以上の第1
の論理回路列の論理出力が連続して「1」を発生し、こ
の論理出力を入力とする第2の論理回路列でこの論理入
力の性質に応じた適切な論理処理を行うので従来の並列
型A/D変換器が本質的に発生していたエラーを除去し、
殆んどエラー発生のない並列型A/D変換器を提供するこ
とができるため、並列型A/D変換器の変換信頼性の向上
にとって極めて有用である。
(i+2)番目の比較器の各々の比較出力を入力とする
第1の論理回路列によりエラー状態でも1つ以上の第1
の論理回路列の論理出力が連続して「1」を発生し、こ
の論理出力を入力とする第2の論理回路列でこの論理入
力の性質に応じた適切な論理処理を行うので従来の並列
型A/D変換器が本質的に発生していたエラーを除去し、
殆んどエラー発生のない並列型A/D変換器を提供するこ
とができるため、並列型A/D変換器の変換信頼性の向上
にとって極めて有用である。
第1図は本発明の一実施例における並列型A/D変換器の
論理回路図、第2図は従来の並列型A/D変換器の論理回
路図、第3図は比較器回路の入出力特性を示す特性図、
第4図は従来の並列型A/D変換器の一部を示す論理回路
図、第5図は論理回路列の論理状態を示す論理状態図、
第6図は本発明の一実施例におけるエラー発生がないと
きの第1及び第2の論理回路列の論理状態を示す論理状
態図、第7図は本発明の一実施例における第1の論理回
路列にエラーが発生したときの第1及び第2の論理回路
列の論理状態を示す論理状態図、第8図は本発明の一実
施例における第1及び第2の論理回路列の論理状態を示
す論理状態図である。 1……入力信号、2……基準電圧、3……基準抵抗列、
4……比較器列、5……第1の論理回路列、6……第2
の論理回路列、7……エンコーダ回路、8……出力端。
論理回路図、第2図は従来の並列型A/D変換器の論理回
路図、第3図は比較器回路の入出力特性を示す特性図、
第4図は従来の並列型A/D変換器の一部を示す論理回路
図、第5図は論理回路列の論理状態を示す論理状態図、
第6図は本発明の一実施例におけるエラー発生がないと
きの第1及び第2の論理回路列の論理状態を示す論理状
態図、第7図は本発明の一実施例における第1の論理回
路列にエラーが発生したときの第1及び第2の論理回路
列の論理状態を示す論理状態図、第8図は本発明の一実
施例における第1及び第2の論理回路列の論理状態を示
す論理状態図である。 1……入力信号、2……基準電圧、3……基準抵抗列、
4……比較器列、5……第1の論理回路列、6……第2
の論理回路列、7……エンコーダ回路、8……出力端。
Claims (1)
- 【請求項1】単調に増加する順序に(i)(i≧1)番
目の順番が全ての参照電圧に付与された複数の参照電圧
を発生する参照電圧発生手段と、 前記(i)番目の参照電圧と入力電圧を比較して(i)
番目の比較出力とする複数の比較器から成る比較器列
と、 前記比較器列における隣接する奇数番目(2n−1,2n+
1)(n≧1)の比較出力間を入力して隣接する奇数番
の参照電圧に挟まれた電圧範囲で論理出力がアクティブ
になる奇数の番号が付与された奇数論理回路列と、同様
に隣接する偶数番目の比較出力間を入力して隣接する偶
数番(2n,2n+2)の参照電圧に挟まれた電圧範囲で論
理出力がアクティブになる偶数の番号が付与された偶数
論理回路列とから成る第1の論理回路列と、 前記奇数論理回路列と前記偶数論理回路列から隣接する
番号の奇数の番号(2n−1)が付与された論理回路の出
力と偶数の番号(2n)が付与された論理回路の出力を入
力として(0,1)又は(1,0)の相異なる特定の論理状態
のときにアクティブになる複数の論理回路から成る第2
の論理回路列と、 前記第2の論理回路列からの出力をエンコードしてA/D
変換値を発生するエンコーダと を備えた並列型A/D変換器。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62278617A JP2638002B2 (ja) | 1987-11-04 | 1987-11-04 | 並列型a/d変換器 |
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