JP2832947B2 - 直並列型a/d変換器 - Google Patents

直並列型a/d変換器

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JP2832947B2 JP63172857A JP17285788A JP2832947B2 JP 2832947 B2 JP2832947 B2 JP 2832947B2 JP 63172857 A JP63172857 A JP 63172857A JP 17285788 A JP17285788 A JP 17285788A JP 2832947 B2 JP2832947 B2 JP 2832947B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、上位のA/D変換と下位のA/D変換とが分離
してなされる直並列型A/D変換器に関する。
〔従来の技術〕
従来のA/D変換器として、変換速度が高速の全並列型A
/D変換器が知られている。しかしながら、全並列型A/D
変換器は、nビットのA/D変換を行うのに、2n-1個のコ
ンパレータが必要とされ、チップ面積の増大、消費電力
の増大の問題を有している。
全並列型に次いで高速変換が可能なA/D変換器とし
て、直並列型A/D変換器が知られている。直並列型A/D変
換器は、例えば8ビットのディジタル出力を得る場合、
上位4ビットのA/D変換を行い、その出力をD/A変換し
て、入力信号とD/A変換出力との差を下位のA/D変換器に
より4ビットのディジタル出力に変換するものである。
従って、D/A変換器及び差分増幅回路が必要となる問題
がある。
このような問題を解決するために、特開昭58−9426号
公報に記載されているように、抵抗回路及びスイッチン
グ素子により上位変換用の基準電圧及び下位変換用の基
準電圧を形成するものが提案されている。この方式で
は、D/A変換回路及び差分増幅回路を省略することがで
きる。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記の文献に記載された直並列型A/D変換器は、上位
のA/D変換出力が得られた後に、スイッチング素子に対
する制御信号が発生し、この制御信号により下位変換用
の抵抗列が選択される構成のために、2クロックの期間
が変換動作のために必要とされ、変換速度が全並列型に
比較して劣っており、また、入力側にサンプルホールド
回路を必要とする問題があった。
従って、この発明の目的は、1クロックの期間内でA/
D変換を行うことができ、高速動作が可能な直並列型のA
/D変換器を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
この発明では、上位のA/D変換のための複数の第1の
基準電圧を発生する第1の基準抵抗列と、第1の基準電
圧が取り込まれ、次に入力信号が取り込まれ、第1の基
準電圧と入力信号とをレベル比較する複数個のチョッパ
型の第1のコンパレータと、下位のA/D変換のための複
数の第2の基準電圧を第1のコンパレータの出力により
選択的に発生する第2の基準抵抗列と、入力電圧が取り
込まれ、次の第2の基準電圧が取り込まれ、第2の基準
電圧と入力信号とをレベル比較する複数個のチョッパ型
の第2のコンパレータと、第1のコンパレータと第2の
コンパレータの出力信号からディジタル出力を形成する
回路と、第1のコンパレータの出力信号に応じて第2の
基準抵抗列に接続されたスイッチング素子を制御する手
段とを備え、第2のコンパレータによる比較の動作のタ
イミングと第1のコンパレータによる第1の基準電圧が
取り込まれるタイミングとが重複するようにしている。
〔作用〕
上位変換用のコンパレータAiでは、最初に第1の基準
電圧Vrcが入力され、次に、入力電圧Vsが供給され、基
準電圧Vrcと入力電圧Vsとが比較される。この比較動作
がなされる期間と同一の期間で、下位変換用のコンパレ
ータBiには、入力電圧Vsが供給される。コンパレータAi
の比較の結果に応じて下位変換用の基準電圧Vrfが形成
され、この基準電圧Vrfと入力電圧Vsとが次に比較され
る。これらのコンパレータAi及びBiの出力から出力コー
ドが得られる。コンパレータBiで比較動作がされている
時には、コンパレータAiに対して次のサンプルの入力電
圧が供給され、以下、上述と同様の動作が繰り返され
る。従って、実質的に1クロックの期間でA/D変換動作
がなされ、高速動作が可能である。
〔実施例〕
以下、図面を参照してこの発明の一実施例について説
明する。第1図は、この一実施例の全体の構成を示し、
1が上位変換回路であり、2が下位変換回路である。上
位変換回路1及び下位変換回路2には、入力端子3から
入力信号(電圧Vs)が供給される。4及び5は、基準の
直流電圧Vh及びVl(Vh>Vl)が夫々供給される電源端子
である。これらの直流電圧Vh及びVlが上位変換回路1及
び下位変換回路2に供給され、夫々に備えられている抵
抗列により基準電圧が形成される。
上位変換回路1の例えば4ビットの出力信号と下位変
換回路2の例えば4ビットの出力信号とがエンコーダ6
に供給される。エンコーダ6は、各4ビットのコードか
らなる8ビットのコードを特定の符号(例えばグレイ符
号)に変換したり、8ビットのコードにエラー訂正符号
の符号化の処理を施すために設けられている。エンコー
ダ6の出力端子7にA/D変換の出力信号が得られる。エ
ンコーダ6は、単に上位変換回路1からの出力と下位変
換回路2からの出力とを8ビットのコードとして出力す
る回路であっても良い。
また、8で示す抵抗マトリックスが設けられ、上位変
換回路1の出力コードと対応する制御信号が抵抗マトリ
ックス8に供給される。抵抗マトリックス8は、制御信
号に応じて選択的に下位変換用の基準電圧を発生し、こ
の基準電圧が下位変換回路2に供給される。
更に、上位変換回路1には、端子9からクロック信号
が供給され、また、下位変換回路2には、端子10からク
ロック信号が供給される。これらのクロック信号は、上
位変換回路1及び下位変換回路2の夫々に設けられたチ
ョッパ型のコンパレータを動作させるために使用され
る。
第2図に、8ビットのA/D変換を行うための具体的構
成が示される。上位変換回路1は、電源端子4及び5間
に直列に挿入された16本の抵抗からなる抵抗列11と、抵
抗列11により形成された基準電圧と入力端子3からの信
号電圧Vsとを比較するコンパレータA1〜A15と、コンパ
レータA1〜A15の出力信号が供給される上位エンコーダ1
2とから構成される。抵抗列11の各抵抗に付加された(1
7/2R)あるいは(17R)は、相対的な抵抗値を意味す
る。コンパレータA1〜A15は、例えば夫々の基準電圧よ
り入力電圧Vsが高い時に“1"の出力を発生する。
上位エンコーダ12からの4ビットの出力信号がエンコ
ーダ6に供給される。また、上位エンコーダ12からコン
パレータA1〜A15の出力信号に応じてラインL0〜L15に対
して抵抗マトリックス8のスイッチング素子を制御する
ための制御信号が送出される。一例として、コンパレー
タA1〜A6の出力が“1"となり、コンパレータA7〜A15の
出力が“0"となる時には、上位エンコーダ11から(010
1)の4ビットの出力コードが発生すると共に、ラインL
6に“1"の制御信号が発生する。L6以外の他のラインに
送出される制御信号が“0"となる。
抵抗マトリックス8は、基本的に16組の直列抵抗が更
に直列に接続されたもので、16組の抵抗のひとつの組が
上位エンコーダ12からの制御信号により選択される。こ
のために、抵抗の各組には、抵抗同士の接続点に生じる
基準電圧を下位変換用のコンパレータB0〜B15に供給す
るためのMOS−FETが設けられている。抵抗マトリックス
8の各組のFETのゲートは、共通接続され、ラインL0〜L
15に接続される。制御信号が“1"となるラインに接続さ
れているFETが同時にオンとなり、オンしたFETを介して
基準電圧がコンパレータB0〜B15に供給される。抵抗マ
トリックス8の抵抗に付された(1/2R)及びRは、相
対的な抵抗値を意味する。
コンパレータB0〜B15には、入力端子3から信号電圧V
sが供給され、コンパレータB0〜B15の出力信号が下位エ
ンコーダ13に供給される。下位エンコーダ13から発生し
た4ビットの出力コードがエンコーダ6に供給される。
この一実施例では、上位変換と下位変換とが実質的に
1クロックの期間で実行される。上述の上位変換用のコ
ンパレータA1〜A15を代表するコンパレータをAiとし、
下位変換用のコンパレータB0〜B15を代表するコンパレ
ータをBiとすると、これらのコンパレータAi及びBiは、
第3図に示す構成とされている。
コンパレータAiは、スイッチ21,22及び25とコンデン
サ23とMOSインバータ24とからなり、コンデンサBiは、
同様にスイッチ31,32及び35とコンデンサ33とMOSインバ
ータ34とからなる。これらのコンパレータAi及びBiは、
チョッパ型の構成である。
スイッチ21,22,25,31,32,35は、MOS−FETで構成され
ている。これらのスイッチは、クロック信号φrc,φsc,
φbc,φrf,φsf,φbfにより、ON/OFF制御される。第4
図は、これらのクロック信号のタイミングを示し、クロ
ック信号が“1"の期間でスイッチがONし、クロック信号
が“0"の期間でスイッチがOFFする。クロック信号φrc
とφbcとφrfの位相に対して、クロック信号φscとφsf
とφbfとの位相が逆相である。
後述のように、上位変換用のコンパレータAiでは、第
4図におけるRi−1のタイミングで取り込んだ基準電圧
とSiのタイミングで取り込んだ入力電圧とが比較され
る。また、下位変換用のコンパレータBiでは、Siのタイ
ミングで取り込んだ入力電圧とRi′のタイミングで取り
込んだ基準電圧とが比較される。この動作の繰り返しに
より、実質的に1クロックの周期で上位変換と下位変換
との両者が実行される。
入力電圧Vsは、上位変換用コンパレータAiと下位変換
用コンパレータBiとに同一のタイミングで取り込まれる
ので、入力電圧Vsをホールドするためのサンプルホール
ド回路が不要である。また、コンパレータBiで比較動作
を行うタイミングと同一のタイミングでコンパレータAi
に基準電圧が取り込まれるので、上位変換用の基準電圧
を発生する抵抗回路11及び下位変換用の基準電圧を発生
する抵抗マトリックス8とが別個に設けられている。
上述のコンパレータAi及びBiの動作について、第5図
を参照してより詳細に説明する。第5図において、Ts
は、クロック信号の1周期(サンプリング周期)を表
す。
コンパレータAiでは、第5図Aに示すクロック信号φ
rcでスイッチ21がONし、端子41からの上位変換用の基準
電圧Vrcがコンデンサ23に供給される。同時に、第5図
Aに示すクロック信号φbcによりスイッチ25がONし、MO
Sインバータ24の入出力が短絡され、期間T1でMOSインバ
ータ24が高ゲインの状態になる。
次のタイミングでは、スイッチ21及び25がOFFし、第
5図Bに示すクロック信号φscでスイッチ22がONする。
従って、スイッチ22を介して入力端子3から入力電圧Vs
がコンデンサ23に供給され、期間T2において、MOSイン
バータ24により基準電圧Vrcと入力電圧Vsとの比較動作
がなされる。
また、第5図Cに示すように、クロック信号φscが
“1"の期間内の期間T2の直後の期間T3で、上位エンコー
ダ12から下位基準電圧設定用の制御信号が出力される。
この制御信号が抵抗マトリックス8に供給され、下位変
換用の基準電圧Vrfが発生する。
この期間T2と同一のタイミングの期間T4で、第5図D
に示すように、クロック信号φsf及びφbfが“1"とな
り、従って、スイッチ32及び35がONし、スイッチ32を介
して入力電圧Vsがコンデンサ33に供給され、また、スイ
ッチ35によりMOSインバータ34の入出力が短絡され、MOS
インバータ34が高ゲイン状態となる。つまり、コンパレ
ータAi及びBiでは、入力電圧Vsが同一のタイミングでサ
ンプリングされる。
次のタイミングで第5図Eに示すクロック信号φrfが
“1"となる期間T5では、スイッチ31がONとされ、スイッ
チ31を介して下位変換用の基準電圧Vrfがコンデンサ33
に供給される。従って、この期間T5内で入力電圧Vsと基
準電圧Vrfとが比較される。
この期間T5では、クロック信号φrc及びφbc(第5図
A)が“1"となり、上述と同様の動作が繰り返される。
従って、実質的に、1クロックの周期で上位変換と下位
変換の両者を行うことができる。
上述の下位変換用のコンパレータBiは、先に入力電圧
Vsが入力され、次に下位変換用の基準電圧Vrfが入力さ
れて比較動作がなされるので、期間T5で入力電圧Vsをホ
ールドする機能を持つ必要がある。つまり、コンパレー
タBiは、チョッパ型の構成とされる。
〔発明の効果〕
この発明は、直並列型の構成であるために、並列型の
ように、多数のコンパレータを必要とせず、また、差分
増幅回路及びD/A変換器を必要とせず、回路規模が小さ
く、消費電力が少ない利点を有する。特に、この発明
は、実質的1クロックの期間でA/D変換動作を行うこと
ができ、高速の変換動作が可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の全体の構成を示すブロック図、第2
図はこの発明を8ビットのA/D変換に適用した一例の構
成を示す接続図、第3図はこの発明の一実施例の説明に
用いる接続図、第4図及び第5図はこの発明の一実施例
の動作説明に用いるタイミングチャートである。 図面における主要な符号の説明 1:上位変換回路、2:下位変換回路、3:入力端子、8:抵抗
マトリックス、11:抵抗列、Ai:上位変換用のコンパレー
タ、Bi:下位変換用のコンパレータ。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】上位のA/D変換のための複数の第1の基準
    電圧を発生する第1の基準抵抗列と、 上記第1の基準電圧が取り込まれ、次に入力信号が取り
    込まれ、上記第1の基準電圧と上記入力信号とをレベル
    比較する複数個のチョッパ型の第1のコンパレータと、 下位のA/D変換のための複数の第2の基準電圧を上記第
    1のコンパレータの出力により選択的に発生する第2の
    基準抵抗列と、 上記入力電圧が取り込まれ、次の上記第2の基準電圧が
    取り込まれ、上記第2の基準電圧と上記入力信号とをレ
    ベル比較する複数個のチョッパ型の第2のコンパレータ
    と、 上記第1のコンパレータと上記第2のコンパレータの出
    力信号からディジタル出力を形成する回路と、 上記第1のコンパレータの出力信号に応じて上記第2の
    基準抵抗列に接続されたスイッチング素子を制御する手
    段と を備え、 上記第2のコンパレータによる上記比較の動作のタイミ
    ングと上記第1のコンパレータによる上記第1の基準電
    圧が取り込まれるタイミングとが重複することを特徴と
    する直並列型A/D変換器。
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