JP2746082B2 - A / D converter - Google Patents

A / D converter

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JP2746082B2
JP2746082B2 JP5288624A JP28862493A JP2746082B2 JP 2746082 B2 JP2746082 B2 JP 2746082B2 JP 5288624 A JP5288624 A JP 5288624A JP 28862493 A JP28862493 A JP 28862493A JP 2746082 B2 JP2746082 B2 JP 2746082B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、微小入力信号に対する
S/N比を改善し、変換精度を向上させたA/D変換器
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an A / D converter having an improved S / N ratio for a minute input signal and improved conversion accuracy.

【0002】[0002]

【従来の技術】アナログ信号をデジタル信号に変換する
A/D変換器には種々の方式がある。図2は、従来の逐
次比較型A/D変換器の基本的な構成を示す図である。
この図に示すように、逐次比較型のA/D変換器では、
被変換信号である入力アナログ信号がサンプルホールド
回路1においてサンプリングされ、その瞬時値が比較器
2に入力される。比較器2では、この瞬時値と、内部の
D/A変換器3から出力されるD/A変換出力(アナロ
グ信号)とが比較される。D/A変換器3でD/A変換
するデジタル値M0,M1,M2,M3(M0はMS
B、M3はLSB)は逐次比較回路4から発生される。
2. Description of the Related Art There are various types of A / D converters for converting an analog signal into a digital signal. FIG. 2 is a diagram showing a basic configuration of a conventional successive approximation A / D converter.
As shown in this figure, in the successive approximation type A / D converter,
An input analog signal, which is a signal to be converted, is sampled in a sample and hold circuit 1, and its instantaneous value is input to a comparator 2. The comparator 2 compares the instantaneous value with a D / A conversion output (analog signal) output from the internal D / A converter 3. Digital values M0, M1, M2, M3 for D / A conversion by the D / A converter 3 (M0 is MS
B and M3 are generated by the successive approximation circuit 4 for LSB.

【0003】逐次比較回路4は、4ビットの逐次比較レ
ジスタ(SAR)と制御回路とを含み、制御回路は比較
器2の出力の1/0に応じて逐次比較レジスタの4ビッ
ト出力M0,M1,M2,M3を図3の様に変更する。
即ち、最初の比較時t1において、MSBであるM0を
1にしてほぼ中間的なレベルのD/A変換出力を比較器
2に入力する。図3の例では、t1のD/A変換出力の
レベルがアナログ入力サンプリング値より大きいので、
制御回路はM0=1が不適切であると判断する。そして
制御回路は、この時の比較器2の出力0に基づき、次の
タイミングt2でM0を0に戻すと同時に、M1を1に
して再度比較動作を行わせる。この時は、アナログ入力
サンプリング値の方が大きいので、次のタイミングt3
ではM0=0,M1=1,M2=1にして比較動作を行
わせる。この様に逐次比較を行うと、最後にアナログ入
力サンプリング値に最も近いD/A変換出力が得られ、
これがA/D変換値として出力される。この例では、4
ビットのA/D変換器を示しているので、t4のA/D
変換出力が最終出力となる。
The successive approximation circuit 4 includes a 4-bit successive approximation register (SAR) and a control circuit. The control circuit outputs 4-bit outputs M0 and M1 of the successive approximation register according to 1/0 of the output of the comparator 2. , M2, M3 are changed as shown in FIG.
That is, at the first comparison time t1, the MSB M0 is set to 1 and a D / A conversion output of a substantially intermediate level is input to the comparator 2. In the example of FIG. 3, since the level of the D / A conversion output at t1 is larger than the analog input sampling value,
The control circuit determines that M0 = 1 is inappropriate. Then, based on the output 0 of the comparator 2 at this time, the control circuit returns M0 to 0 at the next timing t2, and simultaneously sets M1 to 1 to perform the comparison operation again. At this time, since the analog input sampling value is larger, the next timing t3
Then, the comparison operation is performed with M0 = 0, M1 = 1, and M2 = 1. When successive approximation is performed in this manner, a D / A conversion output closest to the analog input sampling value is finally obtained.
This is output as an A / D conversion value. In this example, 4
Since the bit A / D converter is shown, the A / D converter of t4
The converted output is the final output.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上述した逐次比較型の
A/D変換器に限らず、通常のA/D変換器の変換精度
やS/N比の限界は、変換器系の持つ内在ノイズで決定
される。例えば、比較器での比較タイミング時にノイズ
が混入すると、このノイズで変換出力が左右される。こ
のような問題は、A/D変換器を他のデジタル回路と同
一基板上に集積化したデジタル・アナログ混在(モノリ
シック)LSIでは更に生じ易い。その理由は、デジタ
ル系からのノイズがA/D変換器系のノイズを支配する
ことが多いからである。
The limitation of the conversion accuracy and S / N ratio of a normal A / D converter is not limited to the above-described successive approximation type A / D converter. Is determined. For example, if noise is mixed at the timing of comparison in the comparator, the converted output is affected by the noise. Such a problem is more likely to occur in a digital / analog mixed (monolithic) LSI in which an A / D converter is integrated with another digital circuit on the same substrate. The reason is that the noise from the digital system often dominate the noise in the A / D converter system.

【0005】本発明の1つの目的は、上述した問題点を
解決し、S/N比を改善し、微小信号に対する変換精度
を向上させたA/D変換器を提供することにある。本発
明の他の目的は、利得切替に際してDCオフセットの変
化を生じさせないサンプルホールド型のアナログ増幅器
を備えたA/D変換器を提供することにある。
An object of the present invention is to provide an A / D converter that solves the above-mentioned problems, improves the S / N ratio, and improves the conversion accuracy for a small signal. Another object of the present invention is to provide an A / D converter provided with a sample-hold type analog amplifier that does not cause a change in DC offset at the time of gain switching.

【0006】この発明に係るA/D変換器は、デジタル
変換すべき入力アナログ信号を、そのレベルが所定レベ
ルより小さいときに、1よりも大きくなるように指定さ
れた利得で増幅して中間アナログ信号とし、この中間ア
ナログ信号を第1の比較信号として出力するサンプルホ
ールド型アナログ増幅器と、入力されるデジタル信号を
アナログ信号に変換して第2の比較信号として出力する
D/A変換ユニットと、前記サンプルホールド型アナロ
グ増幅器からの第1の比較信号と前記D/A変換ユニッ
トからの第2の比較信号とを入力して両信号のレベルを
比較する比較器と、この比較器からの比較出力に基づい
てデジタル信号を生成し、このデジタル信号を前記D/
A変換ユニットの入力として供給すると共に、中間デジ
タル信号として後段に出力する逐次比較回路と、この逐
次比較回路から出力される中間デジタル信号を前記サン
プルホールド型アナログ増幅器の指定利得との積が1と
なる減衰度で減衰し、最終デジタル信号として出力する
デジタル減衰手段とを備えている。
An A / D converter according to the present invention amplifies an input analog signal to be digital-converted with a gain designated to be greater than 1 when its level is smaller than a predetermined level. A sample-and-hold analog amplifier that outputs the intermediate analog signal as a first comparison signal as a signal, a D / A conversion unit that converts an input digital signal into an analog signal and outputs the analog signal as a second comparison signal, A comparator for receiving a first comparison signal from the sample-and-hold type analog amplifier and a second comparison signal from the D / A conversion unit and comparing the levels of both signals; and a comparison output from the comparator And generates a digital signal based on the D /
A successive approximation circuit that supplies the signal as an input to the A conversion unit and outputs the result as an intermediate digital signal to a subsequent stage, and that the product of the intermediate digital signal output from the successive approximation circuit and the designated gain of the sample-hold type analog amplifier is 1 Digital attenuating means for attenuating with a certain degree of attenuation and outputting as a final digital signal.

【0007】そして、前記サンプルホールド型アナログ
増幅器は、第1の入力端子が第1の基準電位点に接続さ
れ、出力端子から前記中間アナログ信号を出力するオペ
アンプと、このオペアンプの第2の入力端子と出力端子
との間に接続された第1のコンデンサと、前記入力アナ
ログ信号の直流分をカットするための第2のコンデンサ
と、一端に前記第2のコンデンサを介して前記入力アナ
ログ信号が入力される複数の第1の抵抗と、これら複数
の第1の抵抗の他端に各々一端が接続され、他端が前記
オペアンプの出力端子に接続され、各々が前記第1のコ
ンデンサと共にサンプルホールドの時定数を決定する複
数の第2の抵抗と、前記複数の第1の抵抗と複数の第2
の抵抗の各々の接続点に各々一端が接続された複数の第
1のスイッチと、これら複数の第1のスイッチの他端と
第2の基準電位点との間に接続された第3のコンデンサ
と、前記複数の第1の抵抗と複数の第2の抵抗の各々の
接続点と前記オペアンプの第2の入力端子との間に接続
され、前記第1のスイッチとは排他的にスイッチング動
作する複数の第2のスイッチとを備え、前記複数の第1
の抵抗とそれに対応する複数の第2の抵抗との比をそれ
ぞれ異ならしめ、前記複数の第1のスイッチ及び複数の
第2のスイッチを前記指定された利得に基づき各々選択
的にスイッチング動作させることにより、前記複数の第
1の抵抗とそれに対応する複数の第2の抵抗を任意にオ
ペアンプに接続することにより、前記入力アナログ信号
に対する中間アナログ信号の比を変更可能にしたことを
特徴とする。
The sample-and-hold type analog amplifier includes an operational amplifier having a first input terminal connected to a first reference potential point and outputting the intermediate analog signal from an output terminal, and a second input terminal of the operational amplifier. A first capacitor connected between the input analog signal and an output terminal; a second capacitor for cutting a DC component of the input analog signal; and an input terminal to which the input analog signal is input via the second capacitor at one end. A plurality of first resistors, and one end of each of the plurality of first resistors is connected to the other end of the plurality of first resistors, and the other end is connected to an output terminal of the operational amplifier. A plurality of second resistors for determining a time constant; the plurality of first resistors and the plurality of second resistors;
A plurality of first switches each having one end connected to each connection point of the resistors of the first and second resistors, and a third capacitor connected between the other ends of the plurality of first switches and a second reference potential point. And a connection point between each of the plurality of first resistors and the plurality of second resistors and a second input terminal of the operational amplifier, and performs an exclusive switching operation with the first switch. A plurality of second switches, wherein the plurality of first switches are provided.
And a plurality of second resistors corresponding to each other have different ratios, and the plurality of first switches and the plurality of second switches are selectively switched based on the designated gain. The ratio of the intermediate analog signal to the input analog signal can be changed by arbitrarily connecting the plurality of first resistors and the corresponding plurality of second resistors to an operational amplifier.

【0008】[0008]

【0009】[0009]

【0010】[0010]

【作用】A/D変換ユニットによるA/D変換に先立ち
入力アナログ信号を利得Aで増幅し、そのA/D変換出
力を1/A減衰させたとすると、トータルゲインは変わ
らないまま、S/Nを改善することができ、微小信号に
対する変換精度を向上させることができる。利得Aはサ
ンプルホールド型アナログ増幅器が付与し、減衰度1/
Aは、デジタル減衰器が付与する。利得Aは入力アナロ
グ信号のレベルが低いほど大きくする。
If the input analog signal is amplified by the gain A before the A / D conversion by the A / D conversion unit and the A / D conversion output is attenuated by 1 / A, the S / N ratio is maintained without changing the total gain. Can be improved, and the conversion accuracy for small signals can be improved. The gain A is given by the sample-and-hold type analog amplifier, and the attenuation degree 1 /
A is provided by a digital attenuator. The gain A increases as the level of the input analog signal decreases.

【0011】特に、この発明は、アナログ増幅器をサン
プルホールド型に構成し、DCカット用に第2及び第3
のコンデンサを使用しているので、この増幅器内のオペ
アンプにおけるDC帰還量は100%となる。この帰還
比は第1及び第2の抵抗の比を任意に設定しても一定で
あるため、利得切替がノイズの発生要因となることがな
い。
In particular, according to the present invention, the analog amplifier is constituted as a sample-and-hold type, and the second and third analog amplifiers are used for DC cutting.
, The amount of DC feedback in the operational amplifier in this amplifier is 100%. Since this feedback ratio is constant even if the ratio of the first and second resistors is set arbitrarily, the gain switching does not become a factor for generating noise.

【0012】[0012]

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を説
明する。図1は、本発明の一実施例を示すブロック図
で、A/D変換ユニット10は通常の、例えば図2に示
す構成を有したA/D変換器を指す。本発明では、この
A/D変換ユニット10に付加する形で、アナログ比較
器11、アナログ増幅器12、デジタル減衰器13を設
ける。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention. An A / D converter unit 10 is a conventional A / D converter having the configuration shown in FIG. 2, for example. In the present invention, an analog comparator 11, an analog amplifier 12, and a digital attenuator 13 are provided in addition to the A / D conversion unit 10.

【0013】アナログ増幅器12は、入力アナログ信号
を1または1よりも大きい利得で増幅してA/D変換ユ
ニット10に入力する。A/D変換ユニット10は、増
幅器12から出力された中間アナログ信号を1または1
よりも小さい減衰度で中間デジタル信号に変換する。デ
ジタル減衰器13は、A/D変換ユニット10から出力
された中間デジタル信号を減衰させて最終デジタル信号
とする。アナログ比較器11は、入力アナログ信号のレ
ベルを3段階に分けるように判定する。アナログ増幅器
12の利得とデジタル減衰器13の減衰度は、その積が
常に1となる関係に保たれる。そして、アナログ比較器
11は入力アナログ信号が、後段のA/D変換ユニット
10でのA/D変換においてノイズの影響が問題になる
ほどレベルが小さい場合には、アナログ増幅器12の利
得を1よりも大きい値に設定する制御をする。
The analog amplifier 12 amplifies an input analog signal with a gain of 1 or greater than 1, and inputs the amplified signal to the A / D conversion unit 10. The A / D conversion unit 10 converts the intermediate analog signal output from the amplifier 12 into 1 or 1
To an intermediate digital signal with a smaller attenuation. The digital attenuator 13 attenuates the intermediate digital signal output from the A / D conversion unit 10 to obtain a final digital signal. The analog comparator 11 determines to divide the level of the input analog signal into three levels. The relationship between the gain of the analog amplifier 12 and the degree of attenuation of the digital attenuator 13 is always one. The analog comparator 11 sets the gain of the analog amplifier 12 to be greater than 1 when the level of the input analog signal is so small that the influence of noise becomes a problem in A / D conversion in the A / D conversion unit 10 at the subsequent stage. Control to set to a large value.

【0014】一例を挙げると、アナログ比較器11は、
交流信号としてのアナログ入力Vi(振幅値)が基準値
ゼロを基準としてハイレベルL2を越える大きな値であ
るときは(Vi>L2)、比較出力L0を0にし、また
アナログ入力Viが比較的小さな値でローレベルL1と
ハイレベルL2の間に入るときは(L1≦Vi≦L
2)、比較出力L0を1にする。この例のアナログ比較
器11は一種のウィンドウコンパレータであり、アナロ
グ入力ViがローレベルL1より小さいときも(Vi<
L1)アナログ入力ViがハイレベルL2を越えたとき
と同様、比較出力L0は0となる。
As an example, the analog comparator 11
When the analog input Vi (amplitude value) as an AC signal is a large value exceeding the high level L2 with reference to the reference value zero (Vi> L2), the comparison output L0 is set to 0, and the analog input Vi is relatively small. When the value falls between the low level L1 and the high level L2, (L1 ≦ Vi ≦ L
2), the comparison output L0 is set to 1; The analog comparator 11 of this example is a kind of window comparator, and when the analog input Vi is smaller than the low level L1 (Vi <
L1) The comparison output L0 becomes 0 as in the case where the analog input Vi exceeds the high level L2.

【0015】アナログ比較器11の出力L0はアナログ
増幅器12の利得とデジタル減衰器13の減衰度の制御
に使用される。この例では、L0の1/0に対応して2
段階に切替を行う。即ち、アナログ入力Viが判定レベ
ルよりも大きい場合、すなわちL0=0の時は、アナロ
グ増幅器12の利得を1に設定し、且つデジタル減衰器
13の減衰度も1に設定する。この場合は、アナログ増
幅器12もデジタル増幅器13も付加しない状態に等し
い。この理由は、アナログ入力が十分に大きいときは、
ノイズの影響を受けにくいからである。
The output L0 of the analog comparator 11 is used to control the gain of the analog amplifier 12 and the degree of attenuation of the digital attenuator 13. In this example, 2 corresponds to 1/0 of L0.
The switching is performed in stages. That is, when the analog input Vi is larger than the determination level, that is, when L0 = 0, the gain of the analog amplifier 12 is set to 1 and the attenuation of the digital attenuator 13 is also set to 1. In this case, this is equivalent to a state where neither the analog amplifier 12 nor the digital amplifier 13 is added. The reason for this is that when the analog input is large enough,
This is because it is hardly affected by noise.

【0016】これに対し、アナログ入力Viが判定レベ
ルよりも小さい場合、すなわちL0=1の時は、アナロ
グ増幅器12の利得をAに増加し(A>1)、且つデジ
タル減衰器13の減衰度を1/Aに設定する。この場合
のトータルゲイン、すなわちアナログ信号入力端からデ
ジタル信号出力端までの回路全体の利得は、A×(1/
A)=1であるから、L0=0の場合と変わらないが、
A/D変換ユニット10に入力する中間アナログ信号が
A倍に増幅されているので、A/D変換ユニット10内
部でのデジタル系から起因するノイズの影響が改善さ
れ、よって、このA/D変換器本体としてもS/N比が
改善され、変換精度が向上する。
On the other hand, when the analog input Vi is smaller than the judgment level, that is, when L0 = 1, the gain of the analog amplifier 12 is increased to A (A> 1), and the attenuation of the digital attenuator 13 is increased. Is set to 1 / A. In this case, the total gain, that is, the gain of the entire circuit from the analog signal input terminal to the digital signal output terminal is A × (1/1).
A) = 1, so it is not different from the case of L0 = 0,
Since the intermediate analog signal input to the A / D conversion unit 10 is amplified by A times, the influence of noise caused by a digital system inside the A / D conversion unit 10 is improved. The S / N ratio is also improved as a container body, and the conversion accuracy is improved.

【0017】上記の実施例において、アナログ比較器1
1の出力L0のレベル1/0は逆論理でも良い。また、
アナログ比較器11において、更に多段に細かくレベル
判定をし、かつ、指数的に増幅/減衰度合いを切換える
ようにすれば、アナログ増幅器12の利得制御とデジタ
ル減衰器13の減衰度制御をより細かく行うことができ
る。また、デジタル減衰器としては一般に知られている
ものを使用できる。例えば、シフトレジスタと加算器で
構成したり、また24dB減衰させる程度であれば、4
ビットのダウンシフト可能なシフトレジスタのみで構成
できる。
In the above embodiment, the analog comparator 1
The level 1/0 of the output L0 of 1 may be reverse logic. Also,
If the analog comparator 11 determines the level more finely in multiple stages and switches the amplification / attenuation degree exponentially, the gain control of the analog amplifier 12 and the attenuation degree control of the digital attenuator 13 are performed more finely. be able to. Further, a generally known digital attenuator can be used. For example, if it is composed of a shift register and an adder, or if the attenuation is 24 dB,
It can be constituted only by a shift register capable of downshifting bits.

【0018】本発明のA/D変換器は、ノイズより小さ
い被変換信号をノイズよりはるかに大きくなるように増
幅して、従来のA/D変換器において問題であった微小
信号が受けるノイズの影響を無視できるようにしたもの
である。つまり、増幅により微小信号の変換精度の向上
とS/N比の改善を図ったものである。但し、増幅した
だけでは出力デジタル値がその分大きくなるので、これ
をA/D変換後のデジタル値の状態で、増幅利得を相殺
するように減衰させて最終出力とする。この減衰によ
り、同時にノイズを減衰できる効果もある。
The A / D converter of the present invention amplifies a signal to be converted smaller than noise so as to be much larger than the noise, and amplifies the noise received by the small signal which is a problem in the conventional A / D converter. The effect can be ignored. That is, the amplification of the small signal is improved and the S / N ratio is improved by the amplification. However, since the output digital value becomes larger by the amplification alone, the output digital value is attenuated so as to cancel the amplification gain in the state of the digital value after the A / D conversion to obtain the final output. This attenuation has the effect of simultaneously attenuating noise.

【0019】一例を挙げて説明すると、前述したデジタ
ル・アナログ混在LSIの中でA/D変換器系のノイズ
がデジタル系からのものも含めてS/N比で75dBで
あるとしたとき、S/N比99dBのA/D変換器を実
現するには、次のようにする。例えば、微小レベル以下
(例えば、−66dB以下)のアナログ入力を増幅器1
2の利得Aで24dBだけ増幅する。この増幅の結果、
A/D変換ユニット10に入力する中間アナログ信号の
レベルは−99dBから−75dBの大きさに変わるの
で、十分にA/D変換ユニット10が持つ変換精度内に
入るようになる。A/D変換後は、デジタル減衰器13
で24dB減衰させるので、デジタル出力のレベルはア
ナログ入力と同じ−99dBに戻る。
For example, if the noise of the A / D converter system in the digital / analog mixed LSI described above is 75 dB in S / N ratio including the noise from the digital system, S To realize an A / D converter having a / N ratio of 99 dB, the following is performed. For example, an analog input of a minute level or less (for example, -66 dB or less) is connected to the amplifier 1.
Amplify by 24 dB with a gain A of 2. As a result of this amplification,
Since the level of the intermediate analog signal input to the A / D conversion unit 10 changes from −99 dB to −75 dB, the conversion accuracy falls sufficiently within the conversion accuracy of the A / D conversion unit 10. After the A / D conversion, the digital attenuator 13
, So that the level of the digital output returns to -99 dB, which is the same as the analog input.

【0020】デジタル減衰器13における減衰度の切替
は、上述のようにビットシフトにより行うことができ
る。これに対し、アナログ増幅器12における利得切替
は次のような回路構成で行う。例えば、図4に示すアナ
ログ増幅器12は、アナログ入力Viを増幅するオペア
ンプA1を使用し、その帰還抵抗R11,R12,R1
3の組み合わせをスイッチS0で切替えることにより、
アナログ入力Viに対する利得を2段階に切換えるタイ
プである。
Switching of the degree of attenuation in the digital attenuator 13 can be performed by bit shifting as described above. On the other hand, the gain switching in the analog amplifier 12 is performed by the following circuit configuration. For example, the analog amplifier 12 shown in FIG. 4 uses an operational amplifier A1 for amplifying an analog input Vi, and its feedback resistors R11, R12, R1.
By switching the combination of 3 with the switch S0,
In this type, the gain for the analog input Vi is switched in two stages.

【0021】このタイプのアナログ増幅器12では、オ
ペアンプA1等で発生するDCオフセット電圧が0でな
い場合、図5に示すように、利得切替にともないDCオ
フセット量も変化するため、これがノイズとなる点を注
意する必要がある。このようなDCオフセットが問題と
ならないサンプルホールド型アナログ増幅器12の回路
例を図7に示す。この増幅器12にはローパスフィルタ
(LPF)14を通してアナログ信号Viが導入される
ようになっているが、基本配置は図1と変わらない。
In the analog amplifier 12 of this type, when the DC offset voltage generated by the operational amplifier A1 or the like is not 0, as shown in FIG. 5, since the DC offset amount also changes with the gain switching, this becomes a noise. You need to be careful. FIG. 7 shows a circuit example of the sample-and-hold type analog amplifier 12 in which such a DC offset does not matter. The analog signal Vi is introduced into the amplifier 12 through a low-pass filter (LPF) 14, but the basic arrangement is the same as that of FIG.

【0022】図7の回路の説明をする前に、図6の回路
を参照してサンプルホールド回路の基本的な構成および
動作を説明する 入力端子INと出力端子OUTとの間
に抵抗R1,R2が直列に接続されており、その接続点
N1には排他的な動作をする2つのスイッチS1,S2
が接続されている。スイッチS2をオン(スイッチS1
をオフ)にするとサンプリングコンデンサC1が時定数
C1・R2でチャージされる。この時、オペアンプA1
を含む回路全体は、利得−R2/R1の反転増幅回路と
して作用する。次にスイッチS1をオン(スイッチS2
をオフ)にするとN1点がアースされると共に、コンデ
ンサC1に蓄えられていた電荷により出力はホールド状
態になる。この動作を繰り返すことで、入力変化に対応
するサンプルホールド動作が行われる。
Before describing the circuit of FIG. 7, the basic configuration and operation of the sample and hold circuit will be described with reference to the circuit of FIG. 6. Resistors R1 and R2 are connected between the input terminal IN and the output terminal OUT. Are connected in series, and two switches S1 and S2 which operate exclusively are connected to the connection point N1.
Is connected. Turn on switch S2 (switch S1
Is turned off), the sampling capacitor C1 is charged with the time constant C1 · R2. At this time, the operational amplifier A1
The whole circuit including the above functions as an inverting amplifier circuit having a gain of -R2 / R1. Next, switch S1 is turned on (switch S2
Is turned off), the point N1 is grounded, and the output is held by the electric charge stored in the capacitor C1. By repeating this operation, a sample and hold operation corresponding to the input change is performed.

【0023】図7のサンプルホールド型アナログ増幅器
12は、2種類の利得を選べるように、図6の直列抵抗
R1,R2に並列に直列抵抗R3,R4を追加し、更に
直列抵抗R3,R4の接続点N2に排他的動作をする2
つのスイッチS3,S4の一端を接続してある。スイッ
チS3の他端はスイッチS1と共にDCカット用のコン
デンサC3を介してアースに接続され、スイッチS4の
他端はスイッチS2と共にサンプリングコンデンサC1
に接続される。入力段のコンデンサC2はDCカット用
である。オペアンプA1の入力端子に関すれば、非反転
入力(+入力)端子には電源電圧のセンター値が入力さ
れるのが基本であるが、D/A変換器3のセンタタップ
から取り出したセンタ電位を基準電圧Vrefとして印
加するのが望ましい。
The sample-hold type analog amplifier 12 shown in FIG. 7 adds series resistors R3 and R4 in parallel with the series resistors R1 and R2 shown in FIG. 6 so that two kinds of gains can be selected. Exclusive operation 2 at connection point N2
One ends of two switches S3 and S4 are connected. The other end of the switch S3 is connected to the ground via a DC cut capacitor C3 together with the switch S1, and the other end of the switch S4 is connected to the sampling capacitor C1 together with the switch S2.
Connected to. The capacitor C2 in the input stage is for DC cut. With respect to the input terminal of the operational amplifier A1, the center value of the power supply voltage is basically input to the non-inverting input (+ input) terminal, but the center potential extracted from the center tap of the D / A converter 3 is used. Is preferably applied as the reference voltage Vref.

【0024】上記構成において、2種類のサンプリング
の時定数を同一にするため、R2=R4に設定する。R
2=R4=RとしたときR1=R、R3=R/4に設定
すれば、利得AはスイッチS3,S4の選択によりA=
1とA=4に切り替えることができる。つまり、スイッ
チS3をオン、スイッチS4をオフにしたまま、スイッ
チS1,S2を交互にオン、オフすると、利得AはA=
R2/R1=R/R=1になる。これに対し、スイッチ
S1をオン、スイッチS2をオフにしたまま、スイッチ
S3,S4を交互にオン、オフすると、利得AはA=R
4/R3=R/(R/4)=4になる。
In the above configuration, R2 = R4 is set in order to make the two types of sampling time constants the same. R
If R1 = R and R3 = R / 4 when 2 = R4 = R, the gain A can be determined by selecting switches S3 and S4.
1 and A = 4 can be switched. That is, when the switches S1 and S2 are alternately turned on and off while the switch S3 is on and the switch S4 is off, the gain A becomes A =
R2 / R1 = R / R = 1. On the other hand, when the switches S3 and S4 are alternately turned on and off while the switch S1 is on and the switch S2 is off, the gain A becomes A = R
4 / R3 = R / (R / 4) = 4.

【0025】オペアンプA1の出力端子から反転入力
(−入力)端子までのDC帰還量は、DCカット用コン
デンサC2,C3を用いているため、100%である。
この帰還比は、抵抗R1〜R4の比を任意に設定しても
一定であるため、利得切替にともなうDCオフセットの
変化はなく、従って利得切替がノイズ発生要因となるこ
とはない。図7の構成は、スイッチS1,S2および抵
抗R1,R2に相当する基本ユニットを2組用いて、2
段階に利得切替をする例であるが、この基本ユニットを
3組以上設ければ更に多段階のアナログ利得切替が可能
になる。
The amount of DC feedback from the output terminal of the operational amplifier A1 to the inverted input (-input) terminal is 100% because the DC cut capacitors C2 and C3 are used.
Since this feedback ratio is constant even if the ratio of the resistors R1 to R4 is arbitrarily set, there is no change in the DC offset accompanying the gain switching, and therefore, the gain switching does not become a noise generation factor. The configuration shown in FIG. 7 uses two sets of basic units corresponding to the switches S1 and S2 and the resistors R1 and R2, and
In this example, the gain is switched in stages. However, if three or more sets of the basic units are provided, the analog gain can be switched in more stages.

【0026】[0026]

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、A/
D変換ユニットによるA/D変換に先立ち入力アナログ
信号を利得Aで増幅し、そのA/D変換出力を1/A減
衰させる様にしたので、S/N比を改善し、微小信号に
対する変換精度を向上させたA/D変換器を提供するこ
とができる。また、アナログ増幅器をサンプルホールド
型に構成すると、利得切替にともなうDCオフセットの
変化がないので、本発明のA/D変換器を実現する際に
A/D変換精度を低下させるノイズを内部的に発生する
ことがない。
As described above, according to the present invention, A /
Prior to the A / D conversion by the D conversion unit, the input analog signal is amplified by the gain A, and the A / D conversion output is attenuated by 1 / A, so that the S / N ratio is improved and the conversion accuracy for minute signals is improved. Can be provided. Further, when the analog amplifier is configured as a sample-and-hold type, there is no change in the DC offset due to the gain switching, and therefore, when the A / D converter of the present invention is realized, noise that lowers the A / D conversion accuracy is internally generated. Does not occur.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の一実施例を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of the present invention.

【図2】 従来の逐次比較型A/D変換器の基本的な構
成を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a basic configuration of a conventional successive approximation A / D converter.

【図3】 逐次比較型A/D変換器の動作説明図であ
る。
FIG. 3 is an operation explanatory diagram of a successive approximation A / D converter.

【図4】 アナログ増幅器の第1の具体例を示す回路図
である。
FIG. 4 is a circuit diagram showing a first specific example of the analog amplifier.

【図5】 図4のアナログ増幅器の切替特性図である。FIG. 5 is a switching characteristic diagram of the analog amplifier of FIG. 4;

【図6】 サンプルホールド回路の基本構成図である。FIG. 6 is a basic configuration diagram of a sample and hold circuit.

【図7】 アナログ増幅器の第2の具体例を示す回路図
である。
FIG. 7 is a circuit diagram showing a second specific example of the analog amplifier.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…A/D変換ユニット、11…アナログ比較器、
12…アナログ増幅器、13…デジタル減衰器、A1…
オペアンプ、C1…サンプリングコンデンサ、R1〜R
4…利得設定抵抗、S1〜S4…サンプリング用スイッ
チ。
10 ... A / D conversion unit, 11 ... Analog comparator,
12: Analog amplifier, 13: Digital attenuator, A1 ...
Operational amplifier, C1 ... Sampling capacitor, R1-R
4: gain setting resistors, S1 to S4: sampling switches.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 デジタル変換すべき入力アナログ信号
を、そのレベルが所定レベルより小さいときに、1より
も大きくなるように指定された利得で増幅して中間アナ
ログ信号とし、この中間アナログ信号を第1の比較信号
として出力するサンプルホールド型アナログ増幅器と、 入力されるデジタル信号をアナログ信号に変換して第2
の比較信号として出力するD/A変換ユニットと、 前記サンプルホールド型アナログ増幅器からの第1の比
較信号と前記D/A変換ユニットからの第2の比較信号
とを入力して両信号のレベルを比較する比較器と、 この比較器からの比較出力に基づいてデジタル信号を生
成し、このデジタル信号を前記D/A変換ユニットの入
力として供給すると共に、中間デジタル信号として後段
に出力する逐次比較回路と、 この逐次比較回路から出力される中間デジタル信号を前
記サンプルホールド型アナログ増幅器の指定利得との積
が1となる減衰度で減衰し、最終デジタル信号として出
力するデジタル減衰手段とを備え、 前記サンプルホールド型アナログ増幅器は、 第1の入力端子が第1の基準電位点に接続され、出力端
子から前記中間アナログ信号を出力するオペアンプと、 このオペアンプの第2の入力端子と出力端子との間に接
続された第1のコンデンサと、 前記入力アナログ信号の直流分をカットするための第2
のコンデンサと、 一端に前記第2のコンデンサを介して前記入力アナログ
信号が入力される複数の第1の抵抗と、 これら複数の第1の抵抗の他端に各々一端が接続され、
他端が前記オペアンプの出力端子に接続され、各々が前
記第1のコンデンサと共にサンプルホールドの時定数を
決定する複数の第2の抵抗と、 前記複数の第1の抵抗と複数の第2の抵抗の各々の接続
点に各々一端が接続された複数の第1のスイッチと、 これら複数の第1のスイッチの他端と第2の基準電位点
との間に接続された第3のコンデンサと、 前記複数の第1の抵抗と複数の第2の抵抗の各々の接続
点と前記オペアンプの第2の入力端子との間に接続さ
れ、前記第1のスイッチとは排他的にスイッチング動作
する複数の第2のスイッチとを備え、 前記複数の第1の抵抗とそれに対応する複数の第2の抵
抗との比をそれぞれ異ならしめ、前記複数の第1のスイ
ッチ及び複数の第2のスイッチを前記指定された利得に
基づき各々選択的にスイッチング動作させることによ
り、前記複数の第1の抵抗とそれに対応する複数の第2
の抵抗を任意にオペアンプに接続することにより、前記
入力アナログ信号に対する中間アナログ信号の比を変更
可能にしたことを特徴とするA/D変換器。
1. An input analog signal to be digitally converted is amplified by a gain designated to be larger than 1 when the level thereof is smaller than a predetermined level to be an intermediate analog signal. A sample-and-hold type analog amplifier that outputs as a comparison signal, and a second digital signal that converts an input digital signal into an analog signal.
And a D / A conversion unit for outputting as a comparison signal, a first comparison signal from the sample-and-hold type analog amplifier, and a second comparison signal from the D / A conversion unit. A comparator for comparison, a digital signal is generated based on a comparison output from the comparator, the digital signal is supplied as an input to the D / A conversion unit, and a successive approximation circuit is output to a subsequent stage as an intermediate digital signal Digital attenuating means for attenuating the intermediate digital signal output from the successive approximation circuit with an attenuation degree such that the product of the specified gain of the sample-and-hold type analog amplifier becomes 1 and outputting the result as a final digital signal; A sample-and-hold type analog amplifier has a first input terminal connected to a first reference potential point, and an output terminal connected to the intermediate analog terminal. An operational amplifier for outputting the items, a first capacitor connected between the second input terminal and the output terminal of the operational amplifier, the second for cutting the DC component of the input analog signal
A plurality of first resistors to which the input analog signal is input via the second capacitor at one end, and one ends respectively connected to the other ends of the plurality of first resistors,
The other end is connected to an output terminal of the operational amplifier, a plurality of second resistors each of which determines a sample-and-hold time constant together with the first capacitor, the plurality of first resistors, and a plurality of second resistors. A plurality of first switches each having one end connected to each connection point of the plurality of first switches; a third capacitor connected between the other ends of the plurality of first switches and a second reference potential point; A plurality of switches connected between respective connection points of the plurality of first resistors and the plurality of second resistors and a second input terminal of the operational amplifier, and performing a switching operation exclusively with the first switch. A second switch, wherein ratios of the plurality of first resistors and the corresponding plurality of second resistors are respectively different, and the plurality of first switches and the plurality of second switches are designated. Each selectively based on the gain By performing the switching operation, the plurality of first resistors and the corresponding second
An A / D converter characterized in that the ratio of the intermediate analog signal to the input analog signal can be changed by arbitrarily connecting the resistor of (1) to the operational amplifier.
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