JP2812169B2 - A / D converter - Google Patents

A / D converter

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JP2812169B2
JP2812169B2 JP5336640A JP33664093A JP2812169B2 JP 2812169 B2 JP2812169 B2 JP 2812169B2 JP 5336640 A JP5336640 A JP 5336640A JP 33664093 A JP33664093 A JP 33664093A JP 2812169 B2 JP2812169 B2 JP 2812169B2
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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】本発明はアナログ入力信号をディ
ジタル出力信号に変換するA/D変換装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an A / D converter for converting an analog input signal into a digital output signal.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来よく知られているA/D変換装置と
して、図3に示すような直列型A/D変換装置が知られ
ている。この従来のA/D変換装置は、入力信号をサン
プル・ホールドするサンプル・ホールド回路31と、サ
ンプル・ホールド回路31の出力をAD変換して上位ビ
ットを求める並列型A/D変換器32と、この並列型A
/D変換器の変換結果を再びアナログ信号に変換するD
/A変換器33と、入力信号とD/A変換器33の出力
との差をとるアナログ減算回路34と、アナログ減算回
路34の出力をサンプル・ホールドするサンプル・ホー
ルド回路35と、サンプル・ホールド回路35の出力を
A/D変換して下位ビットを求める並列型A/D変換器
37と、A/D変換器32の出力とA/D変換器37の
出力とからアナログ入力信号に対応するディジタル出力
を決定する加算器36とから構成される。このような直
並列型A/D変換装置は高速性に優れており、完全並列
型A/D変換装置と比べると、素子数、チップ面積、消
費電流などを著しく減少させることができる。
2. Description of the Related Art As a well-known A / D converter, a serial A / D converter as shown in FIG. 3 is known. This conventional A / D converter includes a sample-and-hold circuit 31 that samples and holds an input signal, a parallel A / D converter 32 that performs AD conversion on the output of the sample-and-hold circuit 31 and obtains upper bits, This parallel type A
D which converts the conversion result of the / D converter again into an analog signal
A / A converter 33, an analog subtraction circuit 34 for taking the difference between the input signal and the output of the D / A converter 33, a sample / hold circuit 35 for sampling and holding the output of the analog subtraction circuit 34, and a sample / hold A parallel A / D converter 37 for A / D converting the output of the circuit 35 to obtain lower bits, and an output of the A / D converter 32 and an output of the A / D converter 37 correspond to an analog input signal. And an adder 36 for determining a digital output. Such a serial-parallel A / D converter is excellent in high-speed performance, and can significantly reduce the number of elements, chip area, current consumption, and the like as compared with a completely parallel A / D converter.

【0003】一方、低電力化に適した方式として図4に
示したような、1ビットA/D変換セル(41−1〜4
1−N,ただしNは自然数)を縦続接続したアルゴリズ
ミックA/D変換装置が知られている(IEEE Jo
urnal of Solid−State Circ
uits,vol.25,no.4,pp.997−1
004,’90)。
On the other hand, a 1-bit A / D conversion cell (41-1 to 4-1) as shown in FIG.
There is known an algorithmic A / D converter in which 1-N, where N is a natural number, is cascade-connected (IEEE Jo).
urnal of Solid-State Circ
uits, vol. 25, no. 4, pp. 997-1
004, '90).

【0004】このA/D変換装置は、1ビットA/D変
換セル41を有し上位ビットから1ビットずつ出力する
方式である。1ビットA/D変換セル41は、入力電流
を2倍して基準電流と比較し、2倍した入力電流が基準
電流より大きければディジタル出力として“1”を出力
し、同時に2倍した入力電流から基準電流を減算して次
段へ出力する。逆に2倍した入力電流が基準電流より小
さければディジタル出力として“0”を出力し、次段へ
は2倍した入力電流を出力する。この1ビットA/D変
換セル(41−1〜41−N)をn段縦続接続すること
でnビット分解能のA/D変換装置を構成している。こ
のA/D変換装置は、素子数が少なく消費電流が小さく
できる。
This A / D converter has a 1-bit A / D conversion cell 41 and outputs one bit at a time from the upper bits. The 1-bit A / D conversion cell 41 doubles the input current and compares it with the reference current. If the doubled input current is larger than the reference current, it outputs “1” as a digital output and simultaneously doubles the input current. Is subtracted from the reference current and output to the next stage. Conversely, if the doubled input current is smaller than the reference current, "0" is output as a digital output, and the doubled input current is output to the next stage. The 1-bit A / D conversion cells (41-1 to 41-N) are connected in cascade in n stages to constitute an A / D conversion device with n-bit resolution. In this A / D converter, the number of elements is small and current consumption can be reduced.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
直並列型A/D変換装置は、内部で用いている並列型A
/D変換器の素子数、面積、消費電流が依然として大き
いため、A/D変換器全体をさらに低電力化・小形化す
るさいに内部の並列型A/D変換器がネックとなってい
た。
However, the above-mentioned serial-parallel A / D converter has a parallel type A / D converter used internally.
Since the number of elements, area, and current consumption of the / D converter are still large, an internal parallel A / D converter has been a bottleneck when further reducing the power and size of the entire A / D converter.

【0006】また、上記アルゴリズミックA/D変換装
置は、分解能を高くすると、縦続接続の段数が増えるた
めに変換速度が遅くなること、さらに、1ビットA/D
変換セルに要求される精度が厳しくなるので1ビットA
/D変換セルの動作速度そのものが遅くなり、結果とし
てこのA/D変換装置の変換速度が遅くなることが問題
になる。このうち縦続接続の段数が増えるために変換速
度が遅くなる問題は1ビットA/D変換セルをパイプラ
イン化することで解決できるが、要求精度が厳しく1ビ
ットA/D変換セルそのものの動作速度が遅い問題は従
来技術では、解決できなかった。
In the above-mentioned algorithmic A / D converter, when the resolution is increased, the number of stages of cascade connection is increased, so that the conversion speed is reduced.
Since the precision required for the conversion cell becomes severe, 1 bit A
The problem is that the operation speed of the / D conversion cell itself becomes slow, and as a result, the conversion speed of the A / D conversion device becomes slow. Of these, the problem that the conversion speed becomes slow due to the increase in the number of stages in cascade connection can be solved by pipelining the 1-bit A / D conversion cell, but the required accuracy is severe and the operation speed of the 1-bit A / D conversion cell itself However, the slow problem cannot be solved by the prior art.

【0007】すなわち、これら従来のA/D変換装置は
前述したように、高速化と低電力化・小型化を両立させ
ることが困難で、高速化しようとすると、低電力化・小
型化が難しく、逆に低電力化・小型化しようとすると高
速化が困難であった。
That is, as described above, it is difficult for these conventional A / D converters to achieve both high speed, low power, and small size. On the contrary, it has been difficult to increase the speed when trying to reduce the power consumption and size.

【0008】本発明の目的は、かかる課題を解決し、高
速化と低電力化・小型化を同時に実現できるA/D変換
装置を提供することである。
An object of the present invention is to provide an A / D converter capable of solving such problems and realizing high speed, low power and small size simultaneously.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明のA/D変換装置
は、アナログ入力信号をA/D変換してNビット(Nは
自然数)のディジタル出力信号を出力するA/D変換装
であって、前記アナログ入力信号をA/D変換して前
記ディジタル出力信号の上位ビットを出力する並列型A
/D変換器と、前記ディジタル出力信号の上位ビットを
D/A変換するD/A変換器と、前記アナログ入力信号
と前記D/A変換器の出力との減算を行うアナログ減算
器の出力をA/D変換して前記ディジタル出力信号の下
位ビットを出力する1ビットセル・パイプライン型A/
D変換器と、前記ディジタル出力信号の上位ビットと前
記ディジタル信号の下位ビットとから前記アナログ入力
信号に対応する前記ディジタル出力信号のコードを決定
する加算器とを備えるA/D変換装置において、前記1
ビットセル・パイプライン型A/D変換器は第1の入力
端子が電流入力端に接続され第1および第2の電流出力
端をもつ第1の電流ミラー回路と、第2の入力端子が電
流入力端に接続され、電流出力端が前記第1の電流ミラ
ー回路の第1の電流出力端に接続され、前記第1の電流
ミラー回路を構成するトランジスタと異なる導電性のト
ランジスタで構成された第2の電流ミラー回路と、前記
第1の電流ミラー回路と前記第2の電流ミラー回路の電
流出力端に電流入力端が接続された第3の電流ミラー回
路と、前記第3の電流ミラー回路の電流出力端に電流が
流れているか否かを検出する検出回路と、電流入力回路
を前記第1の電流ミラー回路の第2の電流出力端に接続
された電流入力回路とするか前記第3の電流ミラー回路
の電流入力回路とするかを切換える手段を備えた第4の
電流ミラー回路とから構成され、前記第4の電流ミラー
回路は、前記検出回路で電流が検出されれば電流入力回
路を前記第3の電流ミラーの電流入力回路とすると同時
に出力ビットとして“1”を出力し、電流が検出されな
ければ前記第1の電流ミラー回路の第2の電流出力端に
接続された電流入力回路とすると同時に出力ビットとし
て“0”を出力し、前記第4の電流ミラー回路の電流出
力端を電流出力端子とするビットセルを前記N2個配列
して構成される
A / D conversion device of the present invention According to an aspect of the, A / D converter outputs a digital output signal of N-bit analog input signal into A / D (N is a natural number) met Te, parallel a for outputting the upper bits of the digital output signal of the analog input signal is a / D converted
/ D converter, a D / A converter for D / A converting the upper bits of the digital output signal, and an output of an analog subtractor for subtracting the analog input signal and the output of the D / A converter. 1-bit cell pipeline type A / D converter which performs A / D conversion and outputs lower bits of the digital output signal
D converter, the Ru A / D conversion device and an adder which determines the code of the digital output signal corresponding to said analog input signal and a lower bit of the upper bits and the digital signal of the digital output signal, Said 1
The bit cell pipeline type A / D converter has a first input
A first terminal connected to a current input terminal and a second current output
A first current mirror circuit having an end and a second input terminal are electrically connected.
And a current output terminal connected to the first current mirror.
Connected to a first current output of the circuit, the first current
A transistor with a conductivity different from that of the transistor that constitutes the mirror circuit
A second current mirror circuit comprising a transistor;
The currents of the first current mirror circuit and the second current mirror circuit
A third current mirror circuit in which the current input terminal is connected to the current output terminal
Path and the current output terminal of the third current mirror circuit.
A detection circuit for detecting whether the current is flowing, and a current input circuit
Connected to a second current output terminal of the first current mirror circuit
The current input circuit or the third current mirror circuit
And a means for switching between the current input circuit and the
And a current mirror circuit, wherein the fourth current mirror is provided.
The circuit detects a current input when the detection circuit detects a current.
When the path is the current input circuit of the third current mirror,
"1" is output as an output bit, and no current is detected.
If so, the second current output terminal of the first current mirror circuit
Output bit as well as connected current input circuit
To output “0” and output the current of the fourth current mirror circuit.
N2 bit cells having a current end as a current output terminal
It is composed .

【0010】[0010]

【0011】[0011]

【0012】[0012]

【0013】また、本発明のA/D変換装置の前記ビッ
トセルの前記電流出力端子を次段のビットセルの第1の
電流入力端に接続して直列に前記N2個接続し、初段の
ビットセルの第1の電流入力端子を電流入力端子とし、
初段の第2の入力端子にIr1の電流を入力し、2段目
以降の第2の入力端子には順次Ir1の1/2ずつにな
る電流を入力し、前記ビットセルの電流ミラー回路は第
3の電流ミラー回路以外はすべて電流ゲインを1とし、
初段の出力ビットを最上位ビットとし、2段目以降の出
力ビットを順次上位からのビットとする構成とすること
もできる。
Further, the current output terminal of the bit cell of the A / D converter of the present invention is connected to the first current input terminal of the next-stage bit cell, and the N2 cells are connected in series. 1 as a current input terminal,
The current of Ir1 is input to the second input terminal of the first stage, and the current that becomes 1/2 of Ir1 is sequentially input to the second input terminals of the second and subsequent stages. The current gain is set to 1 except for the current mirror circuit of
It is also possible to adopt a configuration in which the output bits of the first stage are the most significant bits and the output bits of the second and subsequent stages are sequentially the bits from the higher order.

【0014】[0014]

【実施例】次に、本発明の第1の実施例のA/D変換装
置について図面を参照して説明する。
Next, an A / D converter according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0015】本発明の第1の実施例のA/D変換装置の
構成を示すブロック図である図1を参照すると、この実
施例のA/D変換装置は、アナログ入力信号13をサン
プル・ホールドするサンプル・ホールド回路1と、この
サンプル・ホールド回路1で保持された入力信号9を5
ビットのディジタル出力信号8にA/D変換する5ビッ
ト分解能を有する並列型A/D変換器2と、この5ビッ
トのディジタル出力信号8をD/A変換してアナログ信
号10を出力するD/A変換器3と、上述の入力信号9
とこのアナログ信号10との減算を行いアナログ出力信
号11を出力するアナログ減算器4と、アナログ出力信
号11を4ビットのディジタル出力信号(12−1〜1
2−4)に変換する4ビット分解能を有する1ビットセ
ル・パイプライン型A/D変換器5と、5ビットのディ
ジタル出力信号8と4ビットのディジタル出力信号(1
2−1〜12−4)とからアナログ入力信号13に対応
するディジタルコード14を出力する加算器6とを有す
る構成である。
Referring to FIG. 1 which is a block diagram showing the configuration of an A / D converter according to a first embodiment of the present invention, the A / D converter according to this embodiment samples and holds an analog input signal 13. And the input signal 9 held by the sample and hold circuit 1
A parallel A / D converter 2 having a 5-bit resolution for A / D-converting a 5-bit digital output signal 8; and a D / A converter for D / A-converting the 5-bit digital output signal 8 and outputting an analog signal 10 A converter 3 and input signal 9 described above
And an analog subtracter 4 for subtracting the analog output signal 10 from the analog output signal 10 and outputting an analog output signal 11.
2-4), a 1-bit cell pipeline type A / D converter 5 having a 4-bit resolution, a 5-bit digital output signal 8 and a 4-bit digital output signal (1
2-1 to 12-4) and an adder 6 for outputting a digital code 14 corresponding to the analog input signal 13.

【0016】さらに、5ビット分解能を有するA/D変
換器2およびD/A変換器3およびアナログ減算器4の
それぞれを一体化した回路構成を示す図7を参照する
と、このA/D変換器2は基準電圧VRTと基準電圧V
RBとを分圧する抵抗Rと、基準電圧VRTと基準電圧
VRBとを分圧する節点電位とアナログ入力信号VIN
とを比較する32個のコンパレータ(COMP0〜CM
OMP31)とコンパレータ(COMP0〜COMP3
1)の出力をエンコードして5ビットのディジタル信号
8を得るエンコーダ71とを有する構成である。
Further, referring to FIG. 7, which shows a circuit configuration in which the A / D converter 2, the D / A converter 3, and the analog subtractor 4 having a 5-bit resolution are integrated, the A / D converter 2 is a reference voltage VRT and a reference voltage V
A resistor R for dividing RB, a node potential for dividing the reference voltage VRT and the reference voltage VRB, and an analog input signal VIN
And 32 comparators (COMP0-CM
OMP31) and comparators (COMP0 to COMP3)
An encoder 71 that encodes the output of 1) to obtain a 5-bit digital signal 8.

【0017】さらに、D/A変換器3と減算器4は一体
化された構成72となりスイッチ(Φ1、Φ2および反
転Φ2)と32個のキャパシタアレイ(C0〜C31)
とアナログ演算器73とでアナログ出力信号11を出力
する構成である。
Further, the D / A converter 3 and the subtractor 4 have an integrated configuration 72, and include switches (Φ1, Φ2 and inverted Φ2) and 32 capacitor arrays (C0 to C31).
And the analog calculator 73 outputs the analog output signal 11.

【0018】アナログ入力信号VINを並列型A/D変
換器2に供給してA/D変換するとき、キャパシタアレ
イ(C0〜C31)も同時に入力信号をサンプルする
(スイッチΦ1:ハイレベル、スイッチΦ2:ロウレベ
ル)。スイッチΦ2がHになると、各キャパシタは並列
型A/D変換器2の各コンパレータ(COMP0〜CO
MP31)の出力結果Qi(Vin≧VrIであればQ
i=H、Vin<VriであればQi=L)に応じて基
準電位VRTあるいは基準電位VRBに接続され、電荷
を再配分することで、D/A変換および減算を同時に実
行する。減算結果はアナログ出力信号Voutとして演
算増幅器73から出力される。
When the analog input signal VIN is supplied to the parallel A / D converter 2 for A / D conversion, the capacitor array (C0 to C31) simultaneously samples the input signal (switch Φ1: high level, switch Φ2 : Low level). When the switch Φ2 becomes H, each capacitor is connected to each comparator (COMP0 to CO0) of the parallel A / D converter 2.
MP31), the output result Qi (if Vin ≧ VrI, Q
(If i = H, Vin <Vri, Qi = L) according to the reference potential VRT or the reference potential VRB, and redistribute the electric charges to simultaneously execute the D / A conversion and the subtraction. The result of the subtraction is output from the operational amplifier 73 as an analog output signal Vout.

【0019】さらに、サンプル・ホールド回路1は図6
(a)または図6(b)に示す回路で構成される。この
サンプル・ホールド回路の構成は通常よく知られた公知
の構成例であるのでその詳細な説明は省略する。
Further, the sample and hold circuit 1 is shown in FIG.
It is composed of the circuit shown in FIG. The configuration of this sample-and-hold circuit is a well-known configuration example that is generally well-known, and a detailed description thereof will be omitted.

【0020】次に、本発明の第1の実施例のA/D変換
装置の1ビットセル・パイプライン型A/D変換器5
は、サンプル・ホールド機能を有した1ビットA/D変
換セルの直列接続で構成される。サンプル・ホールド機
能を有した1ビットA/D変換セルの構成例としては、
図2に示すスイッチ20を含んだカレントミラー回路2
1で構成されるサンプル・ホールド回路と図3に示す従
来例で示した1ビットA/D変換セルの直列接続で構成
できる。
Next, the 1-bit cell pipeline type A / D converter 5 of the A / D converter according to the first embodiment of the present invention.
Is composed of a serial connection of 1-bit A / D conversion cells having a sample and hold function. As a configuration example of a 1-bit A / D conversion cell having a sample and hold function,
Current mirror circuit 2 including switch 20 shown in FIG.
1 and the 1-bit A / D conversion cell shown in the conventional example shown in FIG.

【0021】次に、本発明の第1の実施例のA/D変換
装置の動作について説明する。
Next, the operation of the A / D converter according to the first embodiment of the present invention will be described.

【0022】この実施例の動作を示すタイミングチャー
トである図5を参照すると、A/D変換装置の上位5ビ
ット(AD1)と下位4ビット(AD2)のA/D変換
器の場合である。
Referring to FIG. 5, which is a timing chart showing the operation of this embodiment, a case of an A / D converter of an upper 5 bits (AD1) and a lower 4 bits (AD2) of an A / D converter is shown.

【0023】また、ここに示したタイミングチャートは
一例であり、段間にサンプル・ホールド回路が挿入され
たりすると異なってくる。
The timing chart shown here is an example, and differs when a sample and hold circuit is inserted between stages.

【0024】サンプル・ホールド回路SHは期間T10
にアナログ入力信号Vin(t1)をサンプルし、期間
T11の間ホールドする。
The sample-and-hold circuit SH has a period T10
, The analog input signal Vin (t1) is sampled and held for a period T11.

【0025】期間T11では、上位側並列型A/D変換
器2がVin(t1)をA/D変換し、上位N1ビット
を求める。同時に減算器4はサンプルホールド回路SH
の出力信号9をサンプルする。
In a period T11, the upper parallel A / D converter 2 performs A / D conversion of Vin (t1) to obtain upper N1 bits. At the same time, the subtractor 4 is connected to the sample hold circuit SH.
Is sampled.

【0026】期間T20では、サンプルホールドSHは
次のアナログ入力信号Vin(t2)をサンプルし、期
間T21の間ホールドする。以下、このデータはVin
(t1)の処理と並行してパイプライン処理される。
In the period T20, the sample hold SH samples the next analog input signal Vin (t2) and holds it for the period T21. Hereinafter, this data is Vin
Pipeline processing is performed in parallel with the processing of (t1).

【0027】期間T20では、上位側並列型A/D変換
器2でのA/D変換結果がD/A変換器3で再びアナロ
グ信号10に戻される。減算器4は期間T11でサンプ
ルした入力信号からD/A変換器3の出力10を減算
し、減算結果11を出力する。減算器4の出力11はア
ルゴリズミックA/D変換器5の1番目の1ビットA/
Dセル(AD2−1)でサンプルされる。
In the period T20, the result of the A / D conversion by the upper-side parallel A / D converter 2 is returned to the analog signal 10 by the D / A converter 3 again. The subtracter 4 subtracts the output 10 of the D / A converter 3 from the input signal sampled in the period T11, and outputs a subtraction result 11. The output 11 of the subtracter 4 is the first 1-bit A / D of the algorithmic A / D converter 5.
It is sampled by the D cell (AD2-1).

【0028】期間T21では、ビットセル(AD2−
1)でA/D変換が行われ、さらに下位ビットを求める
ために後段のビットセル(AD2−2)へアナログ信号
が伝達され、ビットセル(AD2−2)でサンプルされ
る。
In the period T21, the bit cell (AD2-
A / D conversion is performed in 1), and an analog signal is transmitted to a subsequent bit cell (AD2-2) to obtain a lower bit, and is sampled in the bit cell (AD2-2).

【0029】期間T30では、ビットセル(AD2−
2)でA/D変換が行われ、さらにビットセル(AD2
−3)へアナログ信号を伝達する。
In the period T30, the bit cell (AD2-
A / D conversion is performed in 2), and a bit cell (AD2)
-3) An analog signal is transmitted.

【0030】以下、同様にビットセル(AD2−3およ
びAD2−4)でA/D変換が行われ、下位ビットが1
ビットずつ求められる。
Thereafter, A / D conversion is similarly performed in the bit cells (AD2-3 and AD2-4), and the lower bit is set to 1
Bit by bit.

【0031】加算器6では、レジスタをもち、期間T1
1で出力される上位側のA/D変換器2の出力と期間T
21で出力されるビットセル(AD2−1)の出力(1
2−1)を加算して上位N1ビットのエラー補正を行
う。以後、期間T30出力されるビットセル(AD2−
2)の出力(12−2)、期間T31で出力されるビッ
トセル(AD2−3)の出力12−3、期間T40で出
力されるビットセル(AD2−4)の出力(12−4)
のそれぞれを下位ビットとし、全データが揃った後に、
期間T41でディジタルコード14が出力される。
The adder 6 has a register, and a period T1
1 and the output of the upper-side A / D converter 2 and the period T
The output (1) of the bit cell (AD2-1) output at 21
2-1) is added to perform error correction of the upper N1 bits. Thereafter, the bit cell (AD2-
2), the output 12-3 of the bit cell (AD2-3) output in the period T31, and the output (12-4) of the bit cell (AD2-4) output in the period T40.
Are the lower bits, and after all data have been collected,
The digital code 14 is output in the period T41.

【0032】次に、本発明のA/D変換装置の上位側の
A/D変換器の分解能と下位側のA/D変換器の分解能
に関して、その構成の最適点について説明する。
Next, the optimum point of the configuration of the resolution of the upper A / D converter and the resolution of the lower A / D converter of the A / D converter of the present invention will be described.

【0033】直並列型A/D変換器全体の分解能をNビ
ット、上位A/D変換器(AD1)の分解能をN1ビッ
ト、下位A/D変換器(AD2)の分解能をN2ビット
とする。AD1の変換誤差を下位の変換時に補正するデ
ィジタルエラー補正手段を備えた直並列型A/D変換器
では、ディジタルエラー補正が1ビットの場合(AD1
の最下位ビットとAD2の最上位ビットがオーバーラッ
プする)、 N=N1+N2−1…………………………………………………………(1) である。このとき、AD1、AD2に要求される精度は
それぞれの分解能分の精度である。すなわちAD1には
N1ビット精度、AD2にはN2ビット精度が必要であ
る。ここで、mビット精度というのは、誤差がmビット
の0.5LSB以下ということである。1LSBは1/
m ・FSであるから(FSはAD変換器のフルスケー
ル)、mビット精度とは、誤差が(1/2)(m+1) ・F
S以下ということである。
The resolution of the entire serial-parallel A / D converter is N bits, the resolution of the upper A / D converter (AD1) is N1 bits, and the resolution of the lower A / D converter (AD2) is N2 bits. In a serial-parallel A / D converter provided with digital error correction means for correcting the conversion error of AD1 at the time of lower-order conversion, when the digital error correction is 1 bit (AD1
) And the most significant bit of AD2 overlap), and N = N1 + N2-1......... At this time, the precision required for AD1 and AD2 is the precision corresponding to each resolution. That is, AD1 requires N1 bit precision, and AD2 requires N2 bit precision. Here, m-bit precision means that the error is equal to or less than 0.5 LSB of m bits. 1 LSB is 1 /
Since 2 m · FS (FS is the full scale of the AD converter), the error with the m-bit precision is (が) (m + 1) · F
S or less.

【0034】従来の直並列型A/D変換器であ、AD
1、AD2がともに並列型A/D変換器であったのに対
し、本発明ではAD1をN1ビットの並列型A/D変換
器、AD2をN2ビットのアルゴリズミックA/D変換
器としている。その結果、変換速度と面積・消費電力の
トレードオフで最適な構成をとることができるようにし
たものである。
A conventional serial / parallel A / D converter,
While both AD1 and AD2 are parallel A / D converters, AD1 is an N1 bit parallel A / D converter and AD2 is an N2 bit algorithmic A / D converter in the present invention. As a result, an optimum configuration can be obtained by a trade-off between conversion speed and area / power consumption.

【0035】並列型A/D変換器に用いるコンパレータ
1個の消費電力をPc、アルゴリズミックA/D変換器
に用いる1ビットA/Dセル1個の消費電力をPaとす
る。消費電力PcおよびPaのそれぞれは厳密には分解
能と動作速度によって異なるが、本発明で考えているよ
うな並列型A/D変換器とアルゴリズミックA/D変換
器から構成されるA/D変換器に適用する場合には、1
00MHz以上の変換速度を有する超高速A/D変換器
や16ビット以上の分解能を有する高分解能A/D変換
器は対象外であるので、近似的に一定と考えてかまわな
い。その結果、本発明のA/D変換器全体の消費電力P
tは、ディジタル加算器などディジタル部を除けば Pt=2N1・Pc+N2・Pa……………………………………………(2) =2N1・Pc+(N−N1+1)・Pa……………………………(3) となる。
Let Pc be the power consumption of one comparator used in the parallel A / D converter, and Pa be the power consumption of one 1-bit A / D cell used in the algorithmic A / D converter. Although each of the power consumptions Pc and Pa is strictly different depending on the resolution and the operation speed, the A / D converter composed of the parallel A / D converter and the algorithmic A / D converter as considered in the present invention. When applied to a vessel, 1
Ultra-high-speed A / D converters having a conversion speed of 00 MHz or more and high-resolution A / D converters having a resolution of 16 bits or more are out of scope and may be considered to be approximately constant. As a result, the power consumption P of the entire A / D converter of the present invention is obtained.
t is Pt = 2N1 · Pc + N2 · Pa (2) = 2N1 · Pc + (N−N1 + 1) except for a digital part such as a digital adder.・ Pa ………………… (3)

【0036】動作速度は、アルゴリズミックA/D変換
器をパイプライン動作させた場合、1ビットA/Dセル
の動作速度で制限される。1ビットA/Dセル内部で用
いるトランジスタサイズに依存し、トランジスタサイズ
が小さいほど高速動作が可能である。しかしながら、ト
ランジスタサイズが小さいと、トランジスタの相対的な
精度が劣化するので、速度と精度はトレードオフの関係
にある。したがって、アルゴリズミックA/D変換器の
分解能N2が小さくなるほど高速になる。
The operating speed is limited by the operating speed of a 1-bit A / D cell when the algorithmic A / D converter is operated in a pipeline. Depending on the transistor size used inside the 1-bit A / D cell, the smaller the transistor size, the higher the speed of operation. However, when the transistor size is small, the relative accuracy of the transistor deteriorates, so that there is a trade-off between speed and accuracy. Therefore, the higher the resolution N2 of the algorithmic A / D converter becomes, the higher the speed becomes.

【0037】ここで、具体的にトランジスタサイズと精
度および速度の関係を以下にように仮定して、A/D変
換器の構成と(速度/消費電力)の関係から最適な構成
を求めてみる。
Here, the relationship between the transistor size and the accuracy and speed is specifically assumed as follows, and the optimum configuration is obtained from the relationship between the configuration of the A / D converter and (speed / power consumption). .

【0038】まず、トランジスタサイズ(トランジスタ
のチャンネル長)と精度は比例すると仮定する(トラン
ジスタサイズを2倍にすると精度が2倍すなわち1ビッ
ト分良くなる)。これは、トランジスタの相対精度がト
ランジスタの寸法精度によってほぼ決まるので、加工精
度が一定であれば成り立つ仮定である。
First, it is assumed that the accuracy is proportional to the transistor size (channel length of the transistor) (doubling the transistor size improves the accuracy twice, that is, one bit). This is an assumption that the processing accuracy is constant because the relative accuracy of the transistor is substantially determined by the dimensional accuracy of the transistor.

【0039】次に、1ビットA/Dセルの動作速度は、
1ビットA/Dセルで用いるトランジスタのチャンネル
長の1.5乗に反比例すると仮定する。これは以下の理
由である。
Next, the operation speed of the 1-bit A / D cell is:
Assume that it is inversely proportional to the 1.5th power of the channel length of a transistor used in a 1-bit A / D cell. This is for the following reason.

【0040】アルゴリズミックA/D変換器の分解能が
変わった場合、必要な精度を得るためにはトランジスタ
のチャネル長Lを変えなくてはならないが、そのときW
/L(Wはチャネル幅)を一定するものとする。そうす
るとゲート容量はチャネル幅Wとチャネル長Lの積に比
例するので、チャネル長Lの2乗に比例する。動作速度
は容量の充放電で決まるものとし、流れる電流が一定で
あれば、速度は容量値に反比例する。容量がゲート容量
だけであれば、動作速度はチャネル長Lの2乗に反比例
する。しかし、実際には配線容量、ソースやドレインの
寄生容量などチャネル長Lの2乗に比例しない成分があ
る。その分を考慮し、動作速度はチャネル長Lの1.5
乗に反比例すると仮定した。
If the resolution of the algorithmic A / D converter changes, the channel length L of the transistor must be changed to obtain the required accuracy.
/ L (W is the channel width) is assumed to be constant. Then, since the gate capacitance is proportional to the product of the channel width W and the channel length L, it is proportional to the square of the channel length L. The operating speed is determined by the charge and discharge of the capacity. If the flowing current is constant, the speed is inversely proportional to the capacity value. If the capacitance is only the gate capacitance, the operation speed is inversely proportional to the square of the channel length L. However, there are actually components that are not proportional to the square of the channel length L, such as the wiring capacitance and the parasitic capacitance of the source and drain. Considering that, the operation speed is 1.5 times the channel length L.
It was assumed to be inversely proportional to the power.

【0041】精度はチャネル長Lに比例し、速度はチャ
ネル長Lの1.5乗に反比例すると仮定したので、速度
は精度の1.5乗に反比例することになる。ただし、ト
ランジスタの最小チャネル長で実現できる精度より低い
精度の場合には、精度を低くしても速度の改善はないこ
とになる。
Since it is assumed that the accuracy is proportional to the channel length L and the speed is inversely proportional to the 1.5th power of the channel length L, the speed is inversely proportional to the 1.5th power of the accuracy. However, if the accuracy is lower than the accuracy that can be realized by the minimum channel length of the transistor, the speed is not improved even if the accuracy is reduced.

【0042】以上の仮定のもとで8ビットA/D変換器
の上位A/D変換器(AD1)と下位A/D変換器(A
D2)の分解能の違いによる全体の性能を考える。
Under the above assumption, the upper A / D converter (AD1) and the lower A / D converter (A1) of the 8-bit A / D converter are used.
Consider the overall performance due to the difference in resolution in D2).

【0043】まず、消費電力は(3)式で与えられる。
このときPa=Pcとし、消費電力Pcで規格化して考
える。消費電力は並列型A/D変換器の消費電力が支配
的であるので、Pa=0.5PcあるいはPa=2・P
cであったとしても以下の議論に大差はない。次に、動
作速度はAD1が2ビット、AD2が7ビットの場合の
動作速度を1とし、AD2の精度(分解能N2)の1.
5乗に反比例するとする。ただし、通常アナログLSI
で用いられる標準的なプロセスとして1μmCMOSプ
ロセスを考えると、チャネル長が1μmのトランジスタ
で4ビット精度は実現できると思われるので、AD2が
4ビット以下の場合は動作速度は4ビットの場合と等し
い。A/D変換器の性能評価数Fとして、動作速度/消
費電力を考え、各構成について計算した結果が下記の表
1である。
First, power consumption is given by equation (3).
At this time, it is assumed that Pa = Pc and the power consumption Pc is standardized. Since the power consumption is dominated by the power consumption of the parallel A / D converter, Pa = 0.5Pc or Pa = 2 · P
Even if c, there is no big difference in the following discussion. Next, as for the operation speed, the operation speed when AD1 is 2 bits and AD2 is 7 bits is 1, and the accuracy (resolution N2) of AD2 is 1.
It is assumed to be inversely proportional to the fifth power. However, usually analog LSI
Considering a 1 μm CMOS process as a standard process used in the above, it is considered that 4-bit accuracy can be realized by a transistor having a channel length of 1 μm. Therefore, when AD2 is 4 bits or less, the operation speed is equal to that of 4 bits. Table 1 below shows the result of calculation for each configuration in consideration of the operation speed / power consumption as the performance evaluation number F of the A / D converter.

【0044】[0044]

【表1】 [Table 1]

【0045】この表から、AD1を5ビット、AD2を
4ビットとした構成が動作速度/消費電力の面で最適な
構成といえる。ただし、速度はそこそこで消費電力を最
重要視すれば、他の構成も考えられる。また、表1は、
上述した仮定をもとに議論した結果であるので、前提と
なっている仮定が変われば、最適な構成は異なってく
る。ちなみに、従来の2ステップ直並列型A/D変換器
において、動作速度を表1における最大値の22.6と
おき、各構成について計算すると、表2にようになる。
From this table, it can be said that the configuration in which AD1 is 5 bits and AD2 is 4 bits is the optimal configuration in terms of operating speed / power consumption. However, if speed is the most important consideration for power consumption, other configurations are conceivable. Table 1 shows that
Since the results are discussed based on the above assumptions, the optimum configuration will differ if the assumptions change. By the way, in the conventional two-step serial / parallel A / D converter, the operation speed is set to the maximum value of 22.6 in Table 1, and calculation for each configuration is as shown in Table 2.

【0046】[0046]

【表2】 [Table 2]

【0047】表2の結果は、上述した仮定のもとで、従
来の2ステップ直並列型A/D変換器より本発明のAD
変換器のほうが動作速度・消費電力の面で優れていると
いえる。
The results in Table 2 show that, under the above-mentioned assumptions, the A / D converter of the present invention is compared with the conventional two-step serial / parallel A / D converter.
It can be said that the converter is superior in operation speed and power consumption.

【0048】次に本発明の第2の実施例のA/D変換装
置について説明する。
Next, an A / D converter according to a second embodiment of the present invention will be described.

【0049】この実施例は第1の実施例のA/D変換装
置のD/A変換器3およびアナログ減算器4の代わり
に、図8に示す電圧−電流変換回路81を用いて構成す
る以外は第1の実施例のA/D変換装置と同じ構成であ
る。
This embodiment is different from the first embodiment in that a voltage / current conversion circuit 81 shown in FIG. 8 is used instead of the D / A converter 3 and the analog subtractor 4 of the A / D converter. Has the same configuration as the A / D converter of the first embodiment.

【0050】すなわち、図7に示すようなD/A変換器
2および減算回路72を用いると、この演算回路の出力
信号は電圧である。一方、図2のような1ビットADセ
ルを用いたアルゴリズミックA/D変換器の入力信号は
電流である。したがって、減算回路とアルゴリズミック
A/D変換器の間に電圧−電流変換回路が必要である。
その一例を図8に示した。
That is, when the D / A converter 2 and the subtraction circuit 72 shown in FIG. 7 are used, the output signal of this arithmetic circuit is a voltage. On the other hand, an input signal of an algorithmic A / D converter using a 1-bit AD cell as shown in FIG. 2 is a current. Therefore, a voltage-current conversion circuit is required between the subtraction circuit and the algorithmic A / D converter.
One example is shown in FIG.

【0051】D/A変換および減算回路として電流減算
を行うような回路構成で電流出力とすれば電圧−電流変
換回路は不要である。
If a current is output by a circuit configuration for performing current subtraction as a D / A conversion and subtraction circuit, a voltage-current conversion circuit is unnecessary.

【0052】この実施例の動作は第1の実施例の動作と
同じであるのでその詳細な説明は省略する。
The operation of this embodiment is the same as the operation of the first embodiment, and a detailed description thereof will be omitted.

【0053】次に、本発明の第3の実施例のA/D変換
装置について説明する。
Next, an A / D converter according to a third embodiment of the present invention will be described.

【0054】この実施例のA/D変換装置の1ビットセ
ル・パイプライン型A/D変換器の構成を示す図9を参
照すると、この1ビットセル・パイプライン型A/D変
換器は、第1の入力端子91に入力された電流(電流は
矢印の向き)Iinは、第1の電流ミラー回路93で電
流利得A1 ,A1 ′倍されてそれぞれ出力端95および
100に出力される。
Referring to FIG. 9 showing the configuration of a 1-bit cell pipeline type A / D converter of the A / D converter of this embodiment, this 1-bit cell pipeline type A / D converter has a first (The current is in the direction of the arrow) Iin input to the input terminal 91 is multiplied by the current gains A 1 and A 1 ′ by the first current mirror circuit 93 and output to the output terminals 95 and 100, respectively.

【0055】一方、第2の入力端子92に入力された電
流Ir1は第2の電流ミラー回路94でA2倍されて出
力端95に出力される。
On the other hand, the current Ir1 input to the second input terminal 92 is multiplied by A2 in the second current mirror circuit 94 and output to the output terminal 95.

【0056】このときA1 in〉A2 r1であると、
(A1 in−A2 r1)の電流が第3の電流ミラー回路
96に入力される。したがって電流ミラー回路96の出
力端には電流が流れる。
At this time, if A 1 I in > A 2 I r1 ,
The current of (A 1 I in −A 2 I r1 ) is input to the third current mirror circuit 96. Therefore, a current flows through the output terminal of the current mirror circuit 96.

【0057】ところがA1 in〈A2 r1であると電流
ミラー回路94の出力にA2 r1の電流を流すことがで
きず出力端95の電位が低下し、電流ミラー回路96に
は電流が入力されない。またA1 in=A2 r1のとき
も電流ミラー回路93の出力側に流れる電流ミラー回路
94に流れるので電流ミラー回路96には電流が流れな
い。
However, if A 1 I in <A 2 I r1 , the current of the A 2 I r1 cannot flow to the output of the current mirror circuit 94, and the potential of the output terminal 95 drops. No current is input. Also, when A 1 I in = A 2 I r1, no current flows through the current mirror circuit 96 because the current flows through the current mirror circuit 94 flowing on the output side of the current mirror circuit 93.

【0058】電流検出回路97は電流ミラー回路96に
電流が流れているか否かを検出する回路である。具体的
な例としては、図9に示したような抵抗とインバータか
ら構成される。電流ミラー回路96に電流が流れると電
流ミラー回路96の出力端と定電圧源の間に接続された
抵抗R9を電流が流れるのでインバータの入力電位が下
がる。それによってインバータの出力bは高レベルすな
わち“1”となる。ところが電流ミラー回路96に電流
が流れないと抵抗R9にも電流が流れないのでインバー
タの入力電位は高レベルのままでインバータの出力bは
低レベルすなわち“0”となる。
The current detection circuit 97 is a circuit for detecting whether or not a current is flowing through the current mirror circuit 96. As a specific example, it is composed of a resistor and an inverter as shown in FIG. When the current flows through the current mirror circuit 96, the current flows through the resistor R9 connected between the output terminal of the current mirror circuit 96 and the constant voltage source, so that the input potential of the inverter decreases. As a result, the output b of the inverter becomes a high level, that is, "1". However, if no current flows through the current mirror circuit 96, no current flows through the resistor R9, so that the input potential of the inverter remains at a high level and the output b of the inverter becomes a low level, that is, "0".

【0059】このようにして電流検出回路97の出力b
を、電流ミラー回路96に電流が流れていれば“1”、
流れていなければ“0”とすることができる。また、電
流検出回路97において、抵抗R9の代わりにトランジ
スタを用いても同様な機能を実現できるし、またスイッ
チを挿入してダイナミックな回路とすることも容易であ
る。この出力bはそのまま1ビットセルの出力ビットと
なる。
Thus, the output b of the current detection circuit 97
Is "1" if a current is flowing through the current mirror circuit 96,
If it is not flowing, it can be set to “0”. In the current detection circuit 97, a similar function can be realized by using a transistor instead of the resistor R9, and a dynamic circuit can be easily formed by inserting a switch. This output b becomes the output bit of the 1-bit cell as it is.

【0060】電流検出回路97の出力bに応じて電流ミ
ラー回路98の中のスイッチS1で入力電流回路が切換
わる。出力bが“0”のときは電流ミラー回路93の第
2の出力端100に接続された入力電流回路に接続さ
れ、出力bが“1”のときは電流ミラー回路96の電流
入力回路に切換わる。したがって、出力bが“0”のと
きは電流ミラー回路98の出力電流は電流ゲインをA4
とするとA4 (A1 ′Iin)で、出力bが“1”のとき
はA4 (A1 in−A2 r1)の電流となる。
The input current circuit is switched by the switch S1 in the current mirror circuit 98 in accordance with the output b of the current detection circuit 97. When the output b is "0", it is connected to the input current circuit connected to the second output terminal 100 of the current mirror circuit 93, and when the output b is "1", it is connected to the current input circuit of the current mirror circuit 96. Be replaced. Therefore, when the output b is “0”, the output current of the current mirror circuit 98 has a current gain of A4
When at A 4 (A 1 'I in ), the current of the A 4 (A 1 I in -A 2 I r1) when the output b is "1".

【0061】次に、本発明の第4の実施例のA/D変換
装置について説明する。
Next, an A / D converter according to a fourth embodiment of the present invention will be described.

【0062】図10を参照すると、この実施例のA/D
変換装置は、1ビットセルの直列接続構成であり、この
とき電流ミラー回路の電流ゲインはA1 =A1 ′=A2
=A4 =A1 である。したがってこの構成では、1ビッ
トセルの第1の入力端子に入力される電流をI1、第2
の入力端子92に入力される電流をI2とするとI1
2 であればb=1、出力電流はI1 −I2 、I1 ≦I
2 であればb=0、出力電流はI1である。n段目の電
流I2 を電流Irnとすると2段目以降は順次電流Ir1
1/2ずつになっていくので Ir2=(1/2)Ir1、Ir3=(1/2)Ir2=(1/22 )Ir1,……,Irn =(1/2)Ir(n-1)=(1/2n-1 =(1/2n-1 )Ir1…………(4) である。したがって初段目の第1の入力端子に入力され
る電流をIinとするとn段目の入力電流Inは、 In =Iin−b1 r1−b2 r2−…−bn −1Irn-1 =Iin−b1 r1−(1/2)b2 r1−(1/22 )b3 r1−…−( 1/2n-2 )bn-1 r1………………………………………………………(5) となる。ただしbi はi段目の1ビットセルの出力ビッ
トである。
Referring to FIG. 10, the A / D of this embodiment is shown.
The conversion device has a 1-bit cell series connection configuration. At this time, the current gain of the current mirror circuit is A 1 = A 1 ′ = A 2
= A 4 = A 1 . Therefore, in this configuration, the current input to the first input terminal of the 1-bit cell is I1,
When the current input to the input terminal 92 of the I2 I 1>
If I 2 b = 1, the output current I 1 -I 2, I 1 ≦ I
If 2 b = 0, the output current is I 1. When the current I 2 of the n-th stage and the current I rn Since the second and subsequent stages will become halves of sequential current I r1 I r2 = (1/2) I r1, I r3 = (1/2 ) I r2 = (1/2 2 ) I r1 ,..., I rn = (1/2) I r (n-1) = (1/2 n-1 = (1/2 n-1 ) I r1 ............ is (4). Thus the input current in of the n-th stage when the current to the Iin input to the first input terminal of the first-stage th, I n = I in -b 1 I r1 -b 2 I r2 - ... -b n -1I rn -1 = I in -b 1 I r1 - (1/2) b 2 I r1 - (1/2 2) b 3 I r1 - ... - (1/2 n- 2) a b n-1 I r1 ............................................................... ( 5). However b i is the output bit of 1 bit cell of the i-th stage .

【0063】式(4)であらわされる電流In と(1/
n-1 )Ir1の大小関係によってbnが決まる。この結
果は、よく知られているように、2Ir1をフルスケール
とし、出力ビットb1 を最上位ビットとし出力ビットb
2 以下を順次上位からのビットとするA/D変換器をあ
らわす。
[0063] and the current I n represented by formula (4) (1 /
Bn is determined by the magnitude relation of 2 n-1) I r1. The result is, as is well known, that 2I r1 is full scale, output bit b 1 is the most significant bit, and output bit b
An A / D converter in which 2 or less bits are sequentially set from the upper bits.

【0064】したがって、第2で接続する1ビットセル
の数をnとする分解能がnビットのA/D変換器ができ
る。
Accordingly, an A / D converter having a resolution of n bits, where n is the number of 1-bit cells connected in the second, can be obtained.

【0065】このA/D変換器において、各1ビットセ
ルの構成で正側電源電圧と負側電源電圧との間の電流経
路中の縦積みトランジスタはNMOSFETとPMOS
FETそれぞれ1個ずつであり、また、電流経路の中に
スイッチを含まないのでオン抵抗によって制限されな
い。
In this A / D converter, the vertically stacked transistors in the current path between the positive power supply voltage and the negative power supply voltage in each 1-bit cell configuration are NMOSFET and PMOS.
Since there is only one FET each, and no switch is included in the current path, it is not limited by the on-resistance.

【0066】したがって本実施例では従来より低電圧化
に適したA/D変換器を提供することができる。
Therefore, in this embodiment, an A / D converter suitable for lowering the voltage can be provided.

【0067】また、図1に示す実施例ではサンプル・ホ
ールド回路1を用いているが、サンプル・ホールド回路
はA/D変換器の外付けでも構わないし、必ずしも用い
なくてもよい。
Although the sample and hold circuit 1 is used in the embodiment shown in FIG. 1, the sample and hold circuit may be externally attached to the A / D converter, or may not be used.

【0068】本発明の構成を従来の図3の構成と比較す
ると、下位ビットを求めるA/D変換器に従来の並列型
A/D変換器に置換えて1ビットセル・パイプライン型
A/D変換器を用いることで、後段部分の面積・消費電
力を低減することができる。また、下位ビットを求める
部分なので、1ビットセル・パイプライン型A/D変換
器に要求される精度は下位ビットの分解能分の精度でよ
く、従来のようにA/D変換器全体の精度が要求されな
い。
When the configuration of the present invention is compared with the conventional configuration shown in FIG. 3, a 1-bit cell pipeline type A / D converter is used in place of the conventional parallel A / D converter for the A / D converter for obtaining lower bits. By using the device, the area and power consumption of the subsequent stage can be reduced. Further, since the lower bits are obtained, the accuracy required for the 1-bit cell pipeline type A / D converter may be as high as the resolution of the lower bits, and the accuracy of the entire A / D converter is required as in the conventional case. Not done.

【0069】そのため、図2に示した1ビットセル・パ
イプライン型AD変換器の動作速度は、図4に示したA
/D変換器を高速化するために各1ビットAD変換セル
をパイプライン化した場合に比べて、精度が要求されな
い分、変換速度を速くする事が出来、それにともなって
AD変換器全体の変換速度を速くすることが出来る。
Therefore, the operation speed of the 1-bit cell pipeline type AD converter shown in FIG.
Compared to the case where each 1-bit AD conversion cell is pipelined in order to increase the speed of the / D converter, the conversion speed can be increased because accuracy is not required, and the conversion of the entire AD converter is accordingly performed. Speed can be increased.

【0070】したがって、本発明では従来の並列型AD
変換器に比べて低消費電力かつ小型なA/D変換器を、
また、従来の1ビットセル・パイプライン型A/D変換
器に比べて高速なA/D変換器を提供することができ
る。
Therefore, in the present invention, the conventional parallel type AD
A / D converter with low power consumption and small size compared to the converter
Further, it is possible to provide a high-speed A / D converter as compared with a conventional 1-bit cell pipeline type A / D converter.

【0071】[0071]

【発明の効果】以上述べたように本発明では、従来の並
列型A/D変換装置に比べて低消費電力でかつ小型なA
/D変換装置を、また、従来の1ビットセル・パイプラ
イン型A/D変換装置に比べて高速なA/D変換装置を
提供することができる。
As described above, according to the present invention, the power consumption and the size of the A / D converter are smaller than those of the conventional parallel A / D converter.
It is possible to provide a high-speed A / D converter as compared with the conventional 1-bit cell pipeline type A / D converter.

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

【図1】本発明の第1の実施例のA/D変換装置の構成
を示す図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an A / D converter according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1に示すA/D変換装置の1ビットセル・パ
イプライン型A/D変換器の構成を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a 1-bit cell pipeline type A / D converter of the A / D converter shown in FIG.

【図3】従来のA/D変換装置の構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a conventional A / D converter.

【図4】従来のA/D変換装置の1ビットセル・パイプ
ライン型A/D変換器の構成を示す図で、(a)は1ビ
ット分の構成を示す図であり、(b)は部分図(a)を
4ビット直列接続した図である。
4A and 4B are diagrams showing a configuration of a 1-bit cell pipeline type A / D converter of a conventional A / D converter, in which FIG. 4A shows a configuration for one bit, and FIG. FIG. 3A is a diagram in which 4 bits are connected in series.

【図5】図1に示すA/D変換装置の動作を説明するタ
イムチャートである。
FIG. 5 is a time chart explaining the operation of the A / D converter shown in FIG. 1;

【図6】図1に示すA/D変換装置のサンプル・ホール
ド回路の構成例を示す図であり、(a)はその一構成例
を示す図で、(b)は他の構成例を示す図である。
6A and 6B are diagrams illustrating a configuration example of a sample and hold circuit of the A / D converter illustrated in FIG. 1, in which FIG. 6A is a diagram illustrating one configuration example, and FIG. 6B is a diagram illustrating another configuration example; FIG.

【図7】図1に示すA/D変換装置の上位側A/D変換
装置およびD/A変換器と減算器の一体化の構成を示す
図である。
7 is a diagram showing a configuration of an upper-side A / D converter of the A / D converter shown in FIG. 1 and an integrated configuration of a D / A converter and a subtractor.

【図8】本発明の第2の実施例のA/D変換装置の電圧
−電源変換回路の構成を示す図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of a voltage-power supply conversion circuit of an A / D converter according to a second embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第3の実施例のA/D変換装置の構成
を示す図である。
FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of an A / D converter according to a third embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第4の実施例のA/D変換装置の構
成を示す図である。
FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of an A / D converter according to a fourth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,31,35 サンプルホールド回路 2,32,AD1 上位側A/D変換器 3,33,DAC D/A変換器 4,34 減算器 5,37,AD2−1〜AD2−4 下位側A/D変
換器 6,36 加算器 7,72 一体化D/A変換器 8,38 上位側A/D変換器出力 9 サンプルホールド回路出力 10 D/A変換器 11 減算器出力 12−1〜12−4 下位側A/D変換器出力 13,VIN アナログ入力信号 14 ディジタル出力信号 20 スイッチ 21 カレントミラー回路 41,41−1〜41−4 ビットセル 42,42−2〜42−4,b1〜bn ディジタル
出力 43,43−1〜43−3 アナログ出力 44,44−1〜44−4 アナログ入力 71 エンコーダ 73,82 演算器 81 電圧−電流変換回路 C0〜C31 キャパシタ COMP1〜COMP31 コンパレータ 91,92 入力端子 93,94,96,98 電流ミラー回路 95,100 出力端子 97 電流検出回路
1, 31, 35 Sample hold circuit 2, 32, AD1 Upper A / D converter 3, 33, DAC D / A converter 4, 34 Subtractor 5, 37, AD2-1 to AD2-4 Lower A / D converter 6,36 Adder 7,72 Integrated D / A converter 8,38 Upper A / D converter output 9 Sample hold circuit output 10 D / A converter 11 Subtractor output 12-1 to 12- 4 Lower side A / D converter output 13, VIN Analog input signal 14 Digital output signal 20 Switch 21 Current mirror circuit 41, 41-1 to 41-4 Bit cell 42, 42-2 to 42-4, b1 to bn Digital output 43, 43-1 to 43-3 Analog output 44, 44-1 to 44-4 Analog input 71 Encoder 73, 82 Operation unit 81 Voltage-current conversion circuit C0 to C31 Sita COMP1~COMP31 comparator 91 input terminal 93,94,96,98 current mirror circuit 95,100 output terminal 97 the current detection circuit

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 アナログ入力信号をA/D変換してN
ビット(Nは自然数)のディジタル出力信号を出力する
A/D変換装置であって、前記アナログ入力信号をA/
D変換して前記ディジタル出力信号の上位ビットを出力
する並列型A/D変換器と、前記ディジタル出力信号の
上位ビットをD/A変換するD/A変換器と、前記アナ
ログ入力信号と前記D/A変換器の出力との減算を行う
アナログ減算器の出力をA/D変換して前記ディジタル
出力信号の下位ビットを出力する1ビットセル・パイプ
ライン型A/D変換器と、前記ディジタル出力信号の上
位ビットと前記ディジタル信号の下位ビットとから前記
アナログ入力信号に対応する前記ディジタル出力信号の
コードを決定する加算器とを備えるA/D変換装置にお
いて、 前記1ビットセル・パイプライン型A/D変換器は第1
の入力端子が電流入力端に接続され第1および第2の電
流出力端をもつ第1の電流ミラー回路と、第2の入力端
子が電流入力端に接続され、電流出力端が前記第1の電
流ミラー回路の第1の電流出力端に接続され、前記第1
の電流ミラー回路を構成するトランジスタと異なる導電
性のトランジスタで構成された第2の電流ミラー回路
と、前記第1の電流ミラー回路と前記第2の電流ミラー
回路の電流出力端に電流入力端が接続された第3の電流
ミラー回路と、前記第3の電流ミラー回路の電流出力端
に電流が流れているか否かを検出する検出回路と、電流
入力回路を前記第1の電流ミラー回路の第2の電流出力
端に接続された電流入力回路とするか前記第3の電流ミ
ラー回路の電流入力回路とするかを切換える手段を備え
た第4の電流ミラー回路とから構成され、前記第4の電
流ミラー回路は、前記検出回路で電流が検出されれば電
流入力回路を前記第3の電流ミラーの電流入力回路とす
ると同時に出力ビットとして“1”を出力し、電流が検
出されなければ前記第1の電流ミラー回路の第2の電流
出力端に接続された電流入力回路とすると同時に出力ビ
ットとして“0”を出力し、前記第4の電流ミラー回路
の電流出力端を電流出力端子とするビットセルを前記N
2個配列して構成されることを特徴とするA/D 変換装
置。
1. A / D conversion of an analog input signal to N
Bit (N is a natural number) a A / D converter for outputting a digital output signal of the analog input signal A /
A parallel A / D converter for D-converting and outputting the upper bits of the digital output signal; a D / A converter for D / A-converting the upper bits of the digital output signal; A 1-bit cell pipeline type A / D converter for A / D converting an output of an analog subtractor for performing subtraction with an output of an A / A converter and outputting lower bits of the digital output signal; All upper bits of an adder which determines the code of the digital output signal corresponding to said analog input signal and a low-order bit of the digital signal to the Ru a / D conversion apparatus comprising a
And the 1-bit cell pipelined A / D converter has a first
Input terminal is connected to the current input terminal and the first and second power
A first current mirror circuit having a current output terminal, and a second input terminal
Is connected to the current input terminal, and the current output terminal is connected to the first power supply terminal.
A first current output terminal of the current mirror circuit;
Conductivity different from the transistors that make up the current mirror circuit
Current mirror circuit composed of neutral transistors
And the first current mirror circuit and the second current mirror
A third current whose current input is connected to the current output of the circuit;
A mirror circuit, and a current output terminal of the third current mirror circuit
A detection circuit for detecting whether a current is flowing through the
An input circuit for providing a second current output of the first current mirror circuit;
Terminal or a current input circuit connected to the third terminal.
Equipped with means for switching between the current input circuit and
And a fourth current mirror circuit,
The current mirror circuit is activated when the detection circuit detects a current.
The current input circuit is a current input circuit of the third current mirror.
Outputs “1” as an output bit at the same time
If not, a second current of said first current mirror circuit
At the same time as the current input circuit connected to the output terminal,
And outputs "0" as a signal to the fourth current mirror circuit.
The bit cell having the current output terminal of
An A / D conversion device comprising two arrays .
【請求項2】 前記ビットセルの前記電流出力端子を次
段のビットセルの第 1の電流入力端に接続して直列に前
記N2個接続し、初段のビットセルの第1の電流入力端
子を電流入力端子とし、初段の第2の入力端子にIr1
の電流を入力し、2段目以降の第2の入力端子には順次
Ir1の1/2ずつになる電流を入力し、前記ビットセ
ルは第3の電流ミラー回路以外はすべて電流ゲインを1
とし、初段の出力ビットを最上位ビットとし、2段目以
降の出力ビットを順次上位からのビットとすることを特
徴とする請求項1記載のA/D変換装置。
2. The current output terminal of the bit cell is connected to:
Connected in series with the first current input of the bit cell of the stage
N2 connected, the first current input terminal of the first stage bit cell
Is a current input terminal, and Ir1 is connected to the second input terminal of the first stage.
, And sequentially input to the second and subsequent input terminals of the second and subsequent stages.
Input a current that is 1/2 of Ir1 and
The current gain is 1 except for the third current mirror circuit.
The output bit in the first stage is the most significant bit, and
It is special that the descending output bits are
The A / D converter according to claim 1, wherein
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JP4739395B2 (en) * 2008-11-14 2011-08-03 富士通セミコンダクター株式会社 A / D conversion circuit
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60126922A (en) * 1983-12-13 1985-07-06 Matsushita Electric Ind Co Ltd A/d converting device
JPH02134025A (en) * 1988-11-14 1990-05-23 Teac Corp Analog/digital converter
JPH0831794B2 (en) * 1989-02-28 1996-03-27 三菱電機株式会社 Analog / digital conversion method

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