JP2783198B2 - A / D converter - Google Patents

A / D converter

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JP2783198B2
JP2783198B2 JP18855795A JP18855795A JP2783198B2 JP 2783198 B2 JP2783198 B2 JP 2783198B2 JP 18855795 A JP18855795 A JP 18855795A JP 18855795 A JP18855795 A JP 18855795A JP 2783198 B2 JP2783198 B2 JP 2783198B2
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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】本発明は低電圧で動作されるA/
D変換器に関し、特にカレントミラー回路により構成さ
れるA/D変換器に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to A /
The present invention relates to a D converter, and more particularly to an A / D converter constituted by a current mirror circuit.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、低電源電圧で動作できる低電圧A
/D変換器(以下、ADCと略称する)が要求されてお
り、カレントミラー回路を用いたADCが提案されてい
る。例えば、“1994 SYMPOSIUM ON
VLSI CircuitsDIGEST OF TE
CHNICAL PAPERS,pp.17−18,I
EEE CAT.NO.94CH3434−8”、また
は、「電子情報通信学会技術研究報告〔集積回路〕Vo
l.94,No.124,ICD94−45(1994
−06),pp.1−8」記載のADCがある。この従
来例として、簡単のため、3ビットADCの例を図4に
示す。
2. Description of the Related Art In recent years, a low voltage A which can be operated at a low power supply voltage
A / D converter (hereinafter abbreviated as ADC) is required, and an ADC using a current mirror circuit has been proposed. For example, "1994 SYMPOSIUM ON
VLSI CircuitsDIGEST OF TE
CHNICAL PAPERS, pp. 17-18, I
EEE CAT. NO. 94CH3434-8 "or" IEICE Technical Report [Integrated Circuit] Vo
l. 94, no. 124, ICD94-45 (1994
−06), pp. 1-8 ". As a conventional example, an example of a 3-bit ADC is shown in FIG. 4 for simplicity.

【0003】この従来例は、カレントミラー回路により
ツリー構造(木構造)を構成し、ツリー構造の各部で電
流を加減算することにより、A/D変換を行うものであ
る。図4は1入力2出力のカレントミラー回路が階層的
に3段に接続された回路図であり、これにより図5のよ
うな二進木の3段のツリー構造が構成される。各段のカ
レントミラー回路CM1,CM2,CM3の入力端子、
出力端子にはそれぞれ第1の電流源CS1、第2の電流
源CS2、第3の電流源CS3が接続され、各端子にお
ける電流を加減算する。そして、信号電流は初段のカレ
ントミラー回路の入力端子に入力され、ここからツリー
構造を末端の最終段のカレントミラー回路の出力端子に
向かって伝搬する。また、最終段の出力には電流の正負
を判定するコンパレータCPが接続され、さらにエンコ
ード回路ECに接続される。
In this conventional example, a tree structure (tree structure) is formed by a current mirror circuit, and A / D conversion is performed by adding and subtracting current at each part of the tree structure. FIG. 4 is a circuit diagram in which a current mirror circuit having one input and two outputs is hierarchically connected in three stages, thereby forming a three-stage tree structure of a binary tree as shown in FIG. Input terminals of the current mirror circuits CM1, CM2, CM3 of each stage;
A first current source CS1, a second current source CS2, and a third current source CS3 are connected to the output terminals, respectively, and add and subtract the current at each terminal. The signal current is input to the input terminal of the first-stage current mirror circuit, and propagates through the tree structure from this to the output terminal of the last terminal current mirror circuit. Further, a comparator CP for determining whether the current is positive or negative is connected to the output of the last stage, and further connected to the encoding circuit EC.

【0004】図6は前記カレントミラー回路の一部、つ
まり、図5の節点部分の構成を示している。Nチャネル
MOS型電界効果トランジスタ(以下、NMOSと称す
る)N1,N2で前段のカレントミラー回路CMF′を
構成し、PチャネルMOS型電界効果トランジスタ(以
下、PMOSと称する)P1,P2で後段のカレントミ
ラー回路CMR′を構成している。ここで、前段のカレ
ントミラー回路はNMOSで構成されているため、便宜
的にN型カレントミラー回路と称する。また、後段のカ
レントミラー回路はPMOSで構成されているため、便
宜的にP型カレントミラー回路と称する。また、各カレ
ントミラー回路のミラー比は1とする。そして、これら
前段と後段の各カレントミラー回路の接続点に電流源C
S0を接続し、ツリー構造を伝搬してきた電流に電流源
の電流を加減算している。
FIG. 6 shows a configuration of a part of the current mirror circuit, that is, a node portion in FIG. An N-channel MOS type field effect transistor (hereinafter referred to as NMOS) N1 and N2 constitute a current mirror circuit CMF 'in the preceding stage, and P-channel MOS type field effect transistors (hereinafter referred to as PMOS) P1 and P2 constitute a current mirror circuit in the subsequent stage. A mirror circuit CMR 'is formed. Here, the current mirror circuit in the preceding stage is formed of an NMOS, and is therefore referred to as an N-type current mirror circuit for convenience. Further, the current mirror circuit at the subsequent stage is constituted by a PMOS, and is therefore referred to as a P-type current mirror circuit for convenience. The mirror ratio of each current mirror circuit is 1. The current source C is connected to the connection point between each of the current mirror circuits in the preceding and subsequent stages.
S0 is connected, and the current of the current source is added to or subtracted from the current propagated through the tree structure.

【0005】このため、NMOS N1,N2で構成さ
れる前段のカレントミラー回路CMF′に入力電流I1
が入力されると、このカレントミラー回路から電流I2
(=I1)が出力される。このI2に対して電流源CS
0の電流Isを図のように与えると、PMOS P1,
P2から構成される後段のカレントミラー回路CMR′
の入力電流I3はI2−Is(=I1−Is)となり、
このカレントミラー回路の出力電流I4はI3、つま
り、I1−Is(=I2−Is)となる。すなわち、電
流I1がカレントミラー回路を伝搬する途中で電流Is
が減算されて電流I4として出力される。
For this reason, the input current I1 is supplied to the current mirror circuit CMF 'in the preceding stage comprising the NMOSs N1 and N2.
Is input, the current I2 is output from the current mirror circuit.
(= I1) is output. The current source CS for this I2
When a current Is of 0 is given as shown in FIG.
Subsequent current mirror circuit CMR 'composed of P2
Becomes I2-Is (= I1-Is), and
The output current I4 of this current mirror circuit is I3, that is, I1-Is (= I2-Is). That is, while the current I1 propagates through the current mirror circuit, the current Is
Is subtracted and output as a current I4.

【0006】このようにして、入力電流をツリー構造に
より分岐させて末端までの信号電流の伝搬の間に加減算
をおこなう。途中の電流源の電流値を例えば図5のよう
に設定すると、ツリー構造の末端の電流は図の右側に記
した電流値になる。ここで、その末端の電流が正か負か
をコンパレータにおいて比較すれば、入力電流の大きさ
に対応したコード値が得られる。例えば、図5で入力電
流が5.3とすると、図のコンパレータへの電流値は下
から5.3,4.3,3.3,2.3,1.3,0.
3,−0.7,−1.7となり、8個のコンパレータか
ら得られるコードは例えば、“HHHHHHLL”のよ
うになる。ここで、“H”、“L”はそれぞれデジタル
値の1,0に対応する。このコードをエンコーダ回路で
所望のデジタルコードに変換すれば、A/D変換ができ
る。
In this way, the input current is branched by the tree structure, and the addition and subtraction are performed during the propagation of the signal current to the terminal. If the current value of the current source on the way is set as shown in FIG. 5, for example, the current at the end of the tree structure becomes the current value shown on the right side of the figure. Here, a code value corresponding to the magnitude of the input current can be obtained by comparing whether the terminal current is positive or negative in the comparator. For example, assuming that the input current in FIG. 5 is 5.3, the current values to the comparator in the figure are 5.3, 4.3, 3.3, 2.3, 1.3, 0.3,.
3, -0.7, -1.7, and the codes obtained from the eight comparators are, for example, "HHHHHHLL". Here, “H” and “L” correspond to digital values of 1 and 0, respectively. If this code is converted into a desired digital code by an encoder circuit, A / D conversion can be performed.

【0007】なお、NMOSに代えてNPNバイポーラ
トランジスタでN型カレントミラー回路を構成し、PM
OSに代えてPNPバイポーラトランジスタでP型カレ
ントミラー回路を構成し、これらのカレントミラー回路
でADCを構成したものも提案されている。
Note that an N-type current mirror circuit is constituted by NPN bipolar transistors instead of NMOSs,
There has been proposed a P-type current mirror circuit composed of PNP bipolar transistors instead of the OS, and an ADC composed of these current mirror circuits.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】前記したように、従来
のADCにおけるツリー構造は、N型カレントミラー回
路とP型カレントミラー回路が交互に接続されているこ
とにより実現されている。しかし、このようなN型カレ
ントミラー回路とP型カレントミラー回路が交互に接続
されている場合、その接続節点の電位は電源電圧の変動
や信号電流の変動などの影響を受けやすい。この結果、
カレントミラー回路の入力電流と出力電流の間に誤差が
生じやすくなり、高精度なA/D変換が困難になるとい
う問題がある。
As described above, the tree structure in the conventional ADC is realized by alternately connecting N-type current mirror circuits and P-type current mirror circuits. However, when such an N-type current mirror circuit and a P-type current mirror circuit are alternately connected, the potential at the connection node is easily affected by fluctuations in the power supply voltage, fluctuations in the signal current, and the like. As a result,
There is a problem that an error easily occurs between the input current and the output current of the current mirror circuit, and it becomes difficult to perform high-precision A / D conversion.

【0009】また、P型トランジスタはN型トランジス
タに比べて動作速度が遅く、バイポーラトランジスタの
プロセスにおいては良好な特性のPNPトランジスタを
得ることができないので、従来例のようにN型とP型の
素子の両方を用いている場合には、動作速度とプロセス
の面で性能が制限されるという問題がある。
Further, the operation speed of the P-type transistor is slower than that of the N-type transistor, and a PNP transistor having good characteristics cannot be obtained in the process of the bipolar transistor. When both elements are used, there is a problem that performance is limited in terms of operation speed and process.

【0010】また、従来例ではツリー構造の途中で電流
を加減算する電流源が電流吸い込み型の電流源と電流吐
き出し型の電流源の2種類必要であり、電流源回路が煩
雑になるという問題もある。
Further, in the conventional example, two kinds of current sources for adding and subtracting a current in the middle of the tree structure are required, a current sink type current source and a current source type current source, and the current source circuit becomes complicated. is there.

【0011】[0011]

【発明の目的】本発明の目的は、低電源電圧で動作し、
かつ高精度なADCを提供することにある。
An object of the present invention is to operate at a low power supply voltage,
Another object of the present invention is to provide a highly accurate ADC.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明のADCは、デジ
タル変換される入力電流が入力される1つの入力端子と
複数個の出力端子を有する前段のカレントミラー回路
と、前記入力端子に接続され前記入力電流に対して所定
電流を加減算する第1の電流源と、前記前段のカレン
トミラー回路の前記複数個の出力端子のそれぞれに接続
され前記各出力端子から出力される電流に対して所定の
電流を加減算する複数個の第2の電流源と、前記複数個
各出力端子から出力される電流をそれぞれの入力と
し、それぞれが複数個の出力端子を有し、かつ前記前段
のカレントミラー回路と同じ伝導型の素子で構成される
複数個の後段のカレントミラー回路と、前記各後段のカ
レントミラー回路の前記複数個の出力端子のそれぞれに
接続され前記各出力端子から出力される電流に対して所
定の電流を加減算する複数個の第3の電流源と、前記
後段のカレントミラー回路の各出力端子から出力される
出力電流をそれぞれ固有のレベルと比較してその比較結
果をデジタル出力として出力する複数個の比較器と、
複数個の比較器のデジタル出力をデジタルコードに変
換するエンコード回路とを備える。
The ADC of the present invention has a digital
A current mirror circuit of a preceding stage having one input terminal to which an input current to be subjected to the Tal conversion is input and a plurality of output terminals;
A first current source for adding or subtracting a current, the preceding Karen
A second current source of the plurality of subtracting a predetermined <br/> current to said plurality of connected to the respective output terminal current outputted from said output terminals of Tomira circuit, said plurality
The current output from the output terminals of each input, each having a plurality of output terminals, and configured by an element having the same conductivity type as the current mirror circuit of the preceding stage
A current mirror circuit of a plurality of subsequent stage, where with respect to the current output from the plurality of the output terminals are connected to respective output terminals of the current mirror circuit of each subsequent stage
A third current source of the plurality of subtracting a constant current, and said <br/> output currents output from the output terminal of the current mirror circuit of each <br/> subsequent compared each with a unique level a plurality of comparator outputs the comparison result as a digital output, before
The digital output of the serial plurality of comparators and a encoding circuit for converting a digital code.

【0013】ここで、前記前段のカレントミラー回路と
後段のカレントミラー回路からなる接続構造がツリー構
造として複数段に接続され、初段のカレントミラー回路
の入力端子に前記第1の電流源が接続され、最終段のカ
レントミラー回路の出力端子に前記第3の電流源が接続
され、前記最終段のカレントミラー回路を除く前記初段
及び中段のカレントミラー回路の出力端子に前記第2電
流源が接続される。また、前記第2及び第3の電流源
は、同じ段位置に配置されかつ同一の前段側のカレント
ミラー回路に接続される複数のカレントミラー回路に対
してそれぞれ異なる電流を加減算するように構成され
る。
Here, the current mirror circuit of the preceding stage and
The connection structure consisting of the subsequent current mirror circuit is a tree structure
First stage current mirror circuit connected in multiple stages
The first current source is connected to the input terminal of
The third current source is connected to the output terminal of the rent mirror circuit
The first stage excluding the last stage current mirror circuit
And the second terminal to the output terminal of the current mirror circuit in the middle stage.
A source is connected. Further, the second and third current sources
Are located at the same level and have the same current
Multiple current mirror circuits connected to the mirror circuit
Are configured to add and subtract different currents
You.

【0014】[0014]

【作用】本発明によれば、ツリー構造を構成するカレン
トミラー回路がN型またはP型のどちらか一方の型のみ
のカレントミラー回路なので、カレントミラー回路どう
しの接続節点の電位変動が小さくなり、カレントミラー
回路の入出力間の電流の誤差が小さくなる。また、ツリ
ー構造をN型またはP型のどちらか一方のカレントミラ
ー回路だけで構成できるので、動作速度やプロセスの面
で都合がよい。
According to the present invention, the current mirror circuit constituting the tree structure is a current mirror circuit of only one of the N-type and the P-type, so that the potential fluctuation at the connection node between the current mirror circuits is reduced. The current error between the input and output of the current mirror circuit is reduced. In addition, since the tree structure can be configured with only one of the N-type and P-type current mirror circuits, it is convenient in terms of operation speed and process.

【0015】[0015]

【実施例】次に、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図1に本発明を3ビットのADCに適用した一実
施例を示す。この例ではN型カレントミラー回路のみで
図2に等価モデルを示すような3段のツリー構造が構成
されている。各カレントミラー回路は1入力2出力の構
成とされており、第1段カレントミラー回路CM1の入
力端子には第1の電流源CS1が接続され、出力端子に
は第2の電流源CS2としての電流源が接続される。ま
た、第2段カレントミラー回路CM2の入力端子には第
1段カレントミラー回路CM1の出力端子から供給され
る電流が入力され、出力端子には第1段カレントミラー
回路CM1と同様に第2の電流源CS2としての電流源
が接続される。さらに、最終段としての第3段カレント
ミラー回路CM3の入力端子には第2段カレントミラー
回路CM2の出力端子から供給される電流が入力され、
出力端子には第3の電流源CS3が接続される。そし
て、この出力端子には、それぞれコンパレータCPが接
続されており、カレントミラー回路CM3の出力電流と
第3の電流源CS3とを比較した結果、すなわち両者の
差の正負を判定する。これらコンパレータCPの出力は
エンコード回路ECに入力され、ここでデジタルコード
に変換される。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an embodiment in which the present invention is applied to a 3-bit ADC. In this example, a three-stage tree structure as shown in the equivalent model in FIG. 2 is constituted only by the N-type current mirror circuit. Each current mirror circuit has a one-input two-output configuration. A first current source CS1 is connected to the input terminal of the first-stage current mirror circuit CM1, and a second current source CS2 is connected to the output terminal. A current source is connected. The current supplied from the output terminal of the first-stage current mirror circuit CM1 is input to the input terminal of the second-stage current mirror circuit CM2, and the second terminal is connected to the output terminal in the same manner as the first-stage current mirror circuit CM1. The current source as the current source CS2 is connected. Further, the current supplied from the output terminal of the second-stage current mirror circuit CM2 is input to the input terminal of the third-stage current mirror circuit CM3 as the last stage,
A third current source CS3 is connected to the output terminal. A comparator CP is connected to each of the output terminals to compare the output current of the current mirror circuit CM3 with the third current source CS3, that is, determine whether the difference between the two is positive or negative. The outputs of these comparators CP are input to an encoding circuit EC, where they are converted into digital codes.

【0016】図3に本発明のツリー構造のN型カレント
ミラー回路の接続回路を示す。ここでは、NMOS N
1,N2で前段のカレントミラー回路CMFを構成し、
NMOS N3,N4で後段のカレントミラー回路CM
Rを構成している。そして、前段のカレントミラー回路
CMFに電流I1を入力し、その出力電流I2と電流源
CS0の電流Isを減算し、その電流I3を後段のカレ
ントミラー回路CMRに入力し、出力電流I4を得てい
る。
FIG. 3 shows a connection circuit of an N-type current mirror circuit having a tree structure according to the present invention. Here, NMOS N
1 and N2 constitute a current mirror circuit CMF in the preceding stage,
Current mirror circuit CM at the subsequent stage with NMOS N3 and N4
R. Then, the current I1 is input to the previous-stage current mirror circuit CMF, the output current I2 is subtracted from the current Is of the current source CS0, and the current I3 is input to the subsequent-stage current mirror circuit CMR to obtain the output current I4. I have.

【0017】このようなカレントミラー回路の構成を図
4に示した従来回路と対比すれば、次のことが判る。ま
ず、従来例のツリー構造ではN型とP型の両方のカレン
トミラー回路が使用されているが、本実施例のツリー構
造ではN型のカレントミラー回路のみで構成されてい
る。したがって、カレントミラー回路の入力電流と出力
電流の間の誤差を小さくできる。この誤差を小さくでき
る理由は後述する。また、一般にN型トランジスタはP
型トランジスタより高速に動作できるので、従来例より
高速に動作できる。
When the configuration of such a current mirror circuit is compared with the conventional circuit shown in FIG. 4, the following can be understood. First, in the conventional tree structure, both N-type and P-type current mirror circuits are used, but in the tree structure of this embodiment, only the N-type current mirror circuit is used. Therefore, the error between the input current and the output current of the current mirror circuit can be reduced. The reason why this error can be reduced will be described later. Generally, an N-type transistor is a P-type transistor.
Since it can operate faster than the type transistor, it can operate faster than the conventional example.

【0018】次に、ツリー構造の各部で加減算される電
流を供給する電流源において、従来例では、電流吸い込
み型電流源と電流吐き出し型電流源の両方が使用されて
いるが、本発明では電流吐き出し型電流源のみが使用さ
れている。したがって、電流源回路がより簡単になる。
Next, as a current source for supplying a current to be added or subtracted in each part of the tree structure, in the conventional example, both a current sink type current source and a current source type current source are used. Only source current sources are used. Therefore, the current source circuit becomes simpler.

【0019】なお、ツリー構造をN型カレントミラー回
路だけで構成しているために、ツリー構造の各部で加減
算する電流値の設定が従来例のように単純に決められな
くなるが、それは以下のような工夫により克服できる。
ここでは、説明を簡単にするため、図2に示す図1の回
路の等価モデル図と、図5に示した図4の従来例回路の
等価モデル図とを参照して説明する。従来例ではツリー
構造各部での電流源による電流の加減算を減算のみで行
うとし、本発明の例では電流源による電流の加減算を加
算のみで行うとする。この場合が、もっとも基本的なA
/D変換のための処理となる。特殊な場合では、加算、
減算は任意に設定することもできる。また、入力電流I
inの範囲は0から8とし、入力電流に加えるバイアス
電流IBは0とする。
Since the tree structure is composed only of the N-type current mirror circuit, the setting of the current value to be added or subtracted at each part of the tree structure cannot be simply determined as in the conventional example. It can be overcome by various ideas.
Here, for the sake of simplicity, description will be made with reference to the equivalent model diagram of the circuit of FIG. 1 shown in FIG. 2 and the equivalent model diagram of the conventional circuit of FIG. 4 shown in FIG. In the conventional example, it is assumed that the addition and subtraction of the current by the current source in each part of the tree structure is performed only by subtraction, and in the example of the present invention, the addition and subtraction of the current by the current source are performed only by addition. In this case, the most basic A
This is a process for / D conversion. In special cases, addition,
The subtraction can be set arbitrarily. Also, the input current I
The range of in is from 0 to 8, and the bias current IB added to the input current is 0.

【0020】従来例では、入力電流がツリー構造の1つ
の経路を通過する間に、各節点で電流が減算されて末端
のコンパレータに到達する。3ビットADCの場合、8
個の比較レベルと入力電流を比較して入力電流の値を決
定するので、各経路では合計値で0,1,2,・・・,
7がそれぞれ減算されればよい。つまり、入力電流Ii
n、各段の減算値をI1,I2,I3とすると、各コン
パレータに到達する電流Iは、(1)式となる。 I=((Iin−I1)−I2)−I3 =Iin−(I1+I2+I3) …(1)
In the conventional example, while the input current passes through one path of the tree structure, the current is subtracted at each node and reaches the terminal comparator. 8 for 3-bit ADC
Since the input current value is determined by comparing the input currents with the comparison levels, the total value of each path is 0, 1, 2,.
7 may be subtracted from each other. That is, the input current Ii
Assuming that n is the subtraction value of each stage, I1, I2, and I3, the current I that reaches each comparator is given by equation (1). I = ((Iin−I1) −I2) −I3 = Iin− (I1 + I2 + I3) (1)

【0021】ただし、I1,I2,I3は、あるIin
(0<Iin<8)に対して少なくとも1経路以上、 Iin−(I1+I2+I3)>0 を満たす必要がある。したがって、従来例では入力から
各コンパレータまでの経路での減算電流値は、例えば、
入力フルスケールFSに対して、 I1=FS/2,0 I2=FS/4,0 I3=FS/8,0 とおくことができる。すなわち、表1のようになる。
However, I1, I2 and I3 are given by a certain Iin
It is necessary to satisfy at least one path or more for (0 <Iin <8), that is, Iin− (I1 + I2 + I3)> 0. Therefore, in the conventional example, the subtraction current value on the path from the input to each comparator is, for example,
For the input full scale FS, I1 = FS / 2,0 I2 = FS / 4,0 I3 = FS / 8,0. That is, Table 1 is obtained.

【0022】[0022]

【表1】 [Table 1]

【0023】一方、本発明の場合には、ツリー構造の各
節点において、電流源から供給される加算電流からその
節点への入力電流を減算した電流が経路を通過してコン
パレータに到達することになる。つまり、入力電流Ii
n、各段の加算電流値をI1,I2,I3とすると、各
コンパレータに到達する電流値Iは、(2)式となる。 I=I3−(I2−(I1−Iin)) =(I1−I2+I3)−Iin …(2)
On the other hand, in the case of the present invention, at each node of the tree structure, the current obtained by subtracting the input current to the node from the added current supplied from the current source passes through the path and reaches the comparator. Become. That is, the input current Ii
n, and assuming that the added current value of each stage is I1, I2, I3, the current value I reaching each comparator is given by the following equation (2). I = I3- (I2- (I1-Iin)) = (I1-I2 + I3) -Iin (2)

【0024】ただし、I1,I2,I3はあるIin
(0<Iin<8)に対して少なくとも1経路以上、 (I1−Iin)>0 (I2−(I1−Iin))>0 I3−(I2−(I1−Iin))>0 をそれぞれ同時に満たす必要がある。これは、カレント
ミラー回路が負の電流を次の段に伝搬させられないこと
からくる制約である。
However, I1, I2 and I3 are some Iin
At least one path for (0 <Iin <8) and simultaneously satisfying (I1-Iin)> 0 (I2- (I1-Iin))> 0 I3- (I2- (I1-Iin))> 0 There is a need. This is a restriction due to the fact that the current mirror circuit cannot propagate a negative current to the next stage.

【0025】これを従来例と同様に、コンパレータに到
達するまでの合計した電流値が見かけ上、判定レベルに
なるようにするには、上式を変形して、(3)式とな
る。 I=−1×{Iin−(I1−I2+I3)} …(3) 右辺の(−1)は従来例のコンパレータの出力を正負反
転させればよい。また、前段からの入力が0のときもコ
ンパレータの入力を正に保つためにI3>0に注意し
て、各段の加算電流は、例えば、表2のようになる。た
だし、I3=0とはできないので、I3の判定レベルに
与える影響は実際にはこの表の電流値より1だけ小さく
なる。
In order to make the total current value until reaching the comparator apparently reach the judgment level, similarly to the conventional example, the above equation is modified to become equation (3). I = -1 × {Iin- (I1-I2 + I3)} (3) The right side (-1) may be obtained by inverting the output of the conventional comparator. Also, in order to keep the input of the comparator positive even when the input from the preceding stage is 0, paying attention to I3> 0, the added current of each stage is, for example, as shown in Table 2. However, since I3 cannot be set to 0, the effect of I3 on the determination level is actually smaller than the current value in this table by one.

【0026】[0026]

【表2】 [Table 2]

【0027】次に、N型またはP型のカレントミラー回
路の一方だけでツリー構造を構成した場合に、P型とN
型のカレントミラー回路で構成した場合に比較してカレ
ントミラー回路の源流誤差が小さくなることを説明す
る。ここではN型カレントミラー回路の場合を例示する
が、P型カレントミラー回路の場合も同様である。
Next, when a tree structure is formed by only one of the N-type or P-type current mirror circuits,
The fact that the source flow error of the current mirror circuit is smaller than that in the case of using a current mirror circuit of the type will be described. Here, the case of an N-type current mirror circuit is illustrated, but the same applies to the case of a P-type current mirror circuit.

【0028】カレントミラー回路の誤差はカレントミラ
ー回路の入力側トランジスタと出力側トランジスタの相
互のドレイン−ソース間電圧Vdsの違いによって生じ
る。本発明では、図3に示されるように、NMOS N
1のVds(N1)がN1自身のNチャネルしきい値電
圧Vtnである一方、NMOS N2のVds(N2)
はN3のしきい値電圧Vtnでほぼ決まる。これは、ゲ
ート端子とドレイン端子を接続したNチャネルトランジ
スタNxのゲート−ソース間電圧Vgsにおいて、その
ドレイン電流Idsが十分小さければ、 Vgs=Vtn+(2・Ids/K)1/2 ≒Vtn (4) が成り立つからである。ここで、Kは素子の特性を示す
定数である。よって、本発明のカレントミラー回路で
は、ほぼVds(N1)=Vds(N2)が成り立ち、
カレントミラー回路の誤差は小さい。
The error of the current mirror circuit is caused by the difference between the drain-source voltage Vds of the input transistor and the output transistor of the current mirror circuit. In the present invention, as shown in FIG.
1 is the N-channel threshold voltage Vtn of N1 itself, while the Vds (N2) of NMOS N2 is
Is substantially determined by the threshold voltage Vtn of N3. This is because Vgs = Vtn + (2 · Ids / K) 1/2 ≒ Vtn (4) if the drain current Ids is sufficiently small at the gate-source voltage Vgs of the N-channel transistor Nx connecting the gate terminal and the drain terminal. ) Holds. Here, K is a constant indicating the characteristics of the element. Therefore, in the current mirror circuit of the present invention, almost Vds (N1) = Vds (N2) holds,
The error of the current mirror circuit is small.

【0029】これに対し、P型とN型で構成されるカレ
ントミラー回路は、図6に示されるように、NMOS
N1のVds(N1)がほぼN1自身のNチャネルしき
い値電圧Vtnである一方、NMOS N2のVds
(N2)は電源電圧VddからPMOS P3のVds
(P3)を引いたものになる。PMOS P3のVds
はほぼP3自身のPチャネルしきい値電圧Vtpとなる
から、 Vds(N2)=Vdd−Vds(P3)=Vdd−V
tp である。よって、Vds(N2)はVddやVtpに依
存することになり、Vds(N1)=Vds(N2)は
常に成り立つわけではないので、カレントミラー回路の
誤差は本発明の場合に比べて大きくなる。
On the other hand, as shown in FIG. 6, a current mirror circuit composed of P-type and N-type
While Vds (N1) of N1 is almost equal to N1's own N-channel threshold voltage Vtn, Vds of NMOS N2 is
(N2) is Vds of the PMOS P3 from the power supply voltage Vdd.
(P3) is subtracted. Vds of PMOS P3
Becomes almost the P-channel threshold voltage Vtp of P3 itself, so that Vds (N2) = Vdd-Vds (P3) = Vdd-V
tp. Therefore, Vds (N2) depends on Vdd and Vtp, and Vds (N1) = Vds (N2) does not always hold. Therefore, the error of the current mirror circuit is larger than that of the present invention.

【0030】したがって、N型またはP型のカレントミ
ラー回路の一方でツリー構造を構成した場合の方がN型
とP型のカレントミラー回路で構成した場合よりもカレ
ントミラー回路の電流誤差が小さくなり、この結果から
本発明のカレントミラー回路によるツリー構造の方が従
来例に比べて高精度であることが判る。これに加えて、
本発明では、NMOSだけでカレントミラー回路による
ツリー構造を構成できるので、高速動作が実現でき、さ
らに電流源回路が簡単になる。
Therefore, the current error of the current mirror circuit is smaller when the tree structure is formed on one of the N-type or P-type current mirror circuits than when the current mirror circuit is formed by the N-type and P-type current mirror circuits. From this result, it can be seen that the tree structure using the current mirror circuit of the present invention has higher accuracy than the conventional example. In addition to this,
According to the present invention, since a tree structure using a current mirror circuit can be constituted only by NMOS, high-speed operation can be realized and the current source circuit can be simplified.

【0031】なお、前記実施例では、NMOSでN型カ
レントミラー回路を構成しているが、NPNバイポーラ
トランジスタでカレントミラー回路を構成してもよい。
同様にPNPバイポーラトランジスタでP型カレントミ
ラー回路を構成してもよい。また、前記実施例では簡単
のため、カレントミラー回路のミラー比は1としたが、
実際の応用では1以外の値をとり得ることも可能であ
る。
In the above embodiment, the N-type current mirror circuit is constituted by NMOS, but the current mirror circuit may be constituted by NPN bipolar transistors.
Similarly, a P-type current mirror circuit may be constituted by PNP bipolar transistors. In the above embodiment, the mirror ratio of the current mirror circuit is set to 1 for simplicity.
In practical applications, it is possible to take values other than 1.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上説明したように、本発明は従来のA
DCのツリー構造をN型トランジスタまたはP型トラン
ジスタのいずれか一方でのみ構成されるカレントミラー
回路で実現しているので、カレントミラー回路の誤差の
小さくなり、高精度なADCを得ることができる。ま
た、ツリー構造をN型またはP型のどちらか一方のカレ
ントミラー回路だけで構成できるので、動作速度やプロ
セスの面で都合がよく、特に、N型トランジスタのみで
カレントミラー回路を構成した場合には、動作速度の面
で、より有利で優れたADCが得られる。
As described above, the present invention relates to the conventional A
Since the DC tree structure is realized by the current mirror circuit configured with only one of the N-type transistor and the P-type transistor, the error of the current mirror circuit is reduced, and a highly accurate ADC can be obtained. In addition, since the tree structure can be configured with only one of the N-type and P-type current mirror circuits, it is convenient in terms of operation speed and process. In particular, when the current mirror circuit is configured only with N-type transistors. Can provide a more advantageous and superior ADC in terms of operation speed.

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

【図1】本発明を3ビットADCに適用した一実施例の
全体回路図である。
FIG. 1 is an overall circuit diagram of an embodiment in which the present invention is applied to a 3-bit ADC.

【図2】図1のADCの等価モデル図である。FIG. 2 is an equivalent model diagram of the ADC of FIG. 1;

【図3】図1の回路におけるカレントミラー回路の一部
の回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram of a part of a current mirror circuit in the circuit of FIG.

【図4】従来の3ビットADCの一例の全体回路図であ
る。
FIG. 4 is an overall circuit diagram of an example of a conventional 3-bit ADC.

【図5】図4のADCの等価モデル図である。FIG. 5 is an equivalent model diagram of the ADC in FIG. 4;

【図6】図4の回路におけるカレントミラー回路の一部
の回路図である。
6 is a circuit diagram of a part of a current mirror circuit in the circuit of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

CM1,CM2,CM3 カレントミラー回路 CP 比較器 EC エンコード回路 CS1,CS2,CS3 電流源 N1,N2,N3,N4 NMOS P1,P2 PMOS Iin 入力電流 IB バイアス電流 CM1, CM2, CM3 Current mirror circuit CP comparator EC encoding circuit CS1, CS2, CS3 Current source N1, N2, N3, N4 NMOS P1, P2 PMOS Iin Input current IB Bias current

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−202698(JP,A) 特開 平2−154528(JP,A) 特開 平8−195678(JP,A) 特開 昭60−237725(JP,A) 特開 昭53−29645(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H03M 1/36 H03M 1/44──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (56) References JP-A-7-202698 (JP, A) JP-A-2-154528 (JP, A) JP-A 8-195678 (JP, A) JP-A-60-1985 237725 (JP, A) JP-A-53-29645 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H03M 1/36 H03M 1/44

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 デジタル変換される入力電流が入力され
1つの入力端子と複数個の出力端子を有する前段のカ
レントミラー回路と、前記入力端子に接続され前記入力
電流に対して所定の電流を加減算する第1の電流源と、
前記前段のカレントミラー回路の前記複数個の出力端子
のそれぞれに接続され前記各出力端子から出力される電
流に対して所定の電流を加減算する複数個の第2の電流
源と、前記複数個の各出力端子から出力される電流をそ
れぞれの入力とし、それぞれが複数個の出力端子を有
し、かつ前記前段のカレントミラー回路と同じ伝導型の
素子で構成される複数個の後段のカレントミラー回路
と、前記各後段のカレントミラー回路の前記複数個の出
力端子のそれぞれに接続され前記各出力端子から出力さ
れる電流に対して所定の電流を加減算する複数個の第3
の電流源と、前記後段のカレントミラー回路の各出力
端子から出力される出力電流をそれぞれ固有のレベルと
比較してその比較結果をデジタル出力として出力する
数個の比較器と、前記複数個の比較器のデジタル出力を
デジタルコードに変換するエンコード回路とを備えるこ
とを特徴とするA/D変換器。
An input current to be digitally converted is input.
A current mirror circuit of the preceding stage having an input terminal and a plurality of output terminals that, the input being connected to said input terminal
A first current source for adding / subtracting a predetermined current to / from the current;
A power supply connected to each of the plurality of output terminals of the preceding stage current mirror circuit and output from each of the output terminals.
A second current source of the plurality of subtracting a predetermined current to flow, the plurality of currents output from the output terminal to the respective input, each having a plurality of output terminals, and a current mirror circuit a plurality of subsequent composed elements of the same conductivity type as the current mirror circuit of the previous stage, the from the plurality of the output terminals are connected to respective output terminals of the current mirror circuit of each subsequent stage Output
A plurality of thirds for adding or subtracting a predetermined current to or from the
And current source, the respective outputs of the current mirror circuit of each subsequent stage
The output current output from the terminal, respectively, compared to the intrinsic level double that outputs the comparison result as a digital output
And several comparators, A / D converter, characterized in that it comprises an encoding circuit for converting the digital output of the plurality of comparators to a digital code.
【請求項2】 前記前段のカレントミラー回路と後段の
カレントミラー回路からなる接続構造がツリー構造とし
て複数段に接続され、初段のカレントミラー回路の入力
端子に前記第1の電流源が接続され、最終段のカレント
ミラー回路の出力端子に前記第3の電流源が接続され、
前記最終段のカレントミラー回路を除く前記初段及び
段のカレントミラー回路の出力端子に前記第2電流源が
接続される請求項1に記載のA/D変換器。
2. A connecting structure comprising a current mirror circuit of the current mirror circuit and a subsequent stage of the front stage is connected to a plurality of stages as a tree structure, wherein the input terminal of the first stage current mirror circuit a first current source is connected, the third current source is connected to the output terminal of the current mirror circuit in the final stage,
A / D converter according to claim 1, wherein the second current source is connected to the output terminal of the current mirror circuit of the first stage and the middle <br/> stage except a current mirror circuit of the final stage.
【請求項3】 前記第2及び第3の電流源は、同じ段位
置に配置されかつ同一の前段側のカレントミラー回路に
接続される複数のカレントミラー回路に対してそれぞれ
異なる電流を加減算するように構成されている請求項1
または2に記載のA/D変換器。
3. The second and third current sources are at the same stage.
And the same current mirror circuit on the previous stage side
For each of multiple connected current mirror circuits
2. The method according to claim 1, wherein the different currents are added or subtracted.
Or the A / D converter according to 2 .
【請求項4】 前記各カレントミラー回路を構成するト
ランジスタがNチャネル電界効果トランジスタ、或いは
NPNバイポーラトランジスタである請求項3に記載の
A/D変換器。
4. The A / D converter according to claim 3 , wherein the transistors constituting each of said current mirror circuits are N-channel field effect transistors or NPN bipolar transistors.
【請求項5】 前記比較器は、前記最終段のカレントミ
ラー回路の出力電流と前記第3の電流源により供給され
る比較電流との大小を比較する構成とされる請求項1な
いし4のいずれかに記載のA/D変換器。
Wherein said comparator are all of claims 1 to 4 is configured to compare the magnitude of the comparison current supplied by the output current and the third current source of the current mirror circuit of the last stage An A / D converter according to claim 1.
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