JP2876952B2 - 逐次比較型a/d変換器 - Google Patents
逐次比較型a/d変換器Info
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- JP2876952B2 JP2876952B2 JP5226295A JP22629593A JP2876952B2 JP 2876952 B2 JP2876952 B2 JP 2876952B2 JP 5226295 A JP5226295 A JP 5226295A JP 22629593 A JP22629593 A JP 22629593A JP 2876952 B2 JP2876952 B2 JP 2876952B2
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Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はA/D変換器に関し、特
に逐次比較型A/D変換器に関する。
に逐次比較型A/D変換器に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の逐次比較型A/D変換器の例を示
す図3を参照すると、この逐次比較型A/D変換器は、
第1のアナログ信号35と第2のアナログ信号36とを
比較するコンパレータ33と、コンパレータ33の出力
を受けnビットのデータを格納しnビットのデジタルデ
ータ(37−1〜37−n)を出力する並列レジスタ3
2と、nビットのデジタルデータ(37−1〜37−
n)をアナログ変換し第1のアナログ信号35を出力す
るnビットのD/Aコンバータ(以下D/Aコンバータ
とする)31と、コントロールユニット34とから構成
される。
す図3を参照すると、この逐次比較型A/D変換器は、
第1のアナログ信号35と第2のアナログ信号36とを
比較するコンパレータ33と、コンパレータ33の出力
を受けnビットのデータを格納しnビットのデジタルデ
ータ(37−1〜37−n)を出力する並列レジスタ3
2と、nビットのデジタルデータ(37−1〜37−
n)をアナログ変換し第1のアナログ信号35を出力す
るnビットのD/Aコンバータ(以下D/Aコンバータ
とする)31と、コントロールユニット34とから構成
される。
【0003】従来の逐次比較型のA/D変換器の変換精
度は入力される第2のアナログ信号36と比較する第1
のアナログ信号35を出力するD/Aコンバータ31の
精度とこれを比較するコンパレータ33の比較精度によ
り決定される。また、A/D変換器の分解能を上げる
程、コンパレータ33の比較精度が変換精度に大きく影
響し、同一の第2のアナログ信号36に対してA/D変
換をするときの変換データの不安定性に直接影響してい
る。
度は入力される第2のアナログ信号36と比較する第1
のアナログ信号35を出力するD/Aコンバータ31の
精度とこれを比較するコンパレータ33の比較精度によ
り決定される。また、A/D変換器の分解能を上げる
程、コンパレータ33の比較精度が変換精度に大きく影
響し、同一の第2のアナログ信号36に対してA/D変
換をするときの変換データの不安定性に直接影響してい
る。
【0004】また、D/Aコンバータ31から出力され
る第1のアナログ信号35の変化と入力される第2のア
ナログ信号36の変換過程のレベルの変化を5ビットの
A/D変換器の動作波形を示す図4を参照して、このA
/D変換器の動作を説明する。
る第1のアナログ信号35の変化と入力される第2のア
ナログ信号36の変換過程のレベルの変化を5ビットの
A/D変換器の動作波形を示す図4を参照して、このA
/D変換器の動作を説明する。
【0005】アナログの入力端子からA/D変換する第
2のアナログ信号36が入力され、コントロールユニッ
ト34が変換の開始の指示をレジスタ32に送る。D/
Aコンバータ31には変換可能な信号範囲のレベル(本
例ではVDDとする)の(VDD/2)のレベルの第1
のアナログ信号35を出力するためのデータがレジスタ
32から入力される。コンパレータ33は第1のアナロ
グ信号35と第2のアナログ信号36を比較してその結
果レジスタ32に格納する。
2のアナログ信号36が入力され、コントロールユニッ
ト34が変換の開始の指示をレジスタ32に送る。D/
Aコンバータ31には変換可能な信号範囲のレベル(本
例ではVDDとする)の(VDD/2)のレベルの第1
のアナログ信号35を出力するためのデータがレジスタ
32から入力される。コンパレータ33は第1のアナロ
グ信号35と第2のアナログ信号36を比較してその結
果レジスタ32に格納する。
【0006】この結果はD/Aコンバータ31に再度送
られ、次回の比較動作時には(VDD/2)のレベルに
対し第2のアナログ信号36が大きい場合には(VDD
/2)より(VDD/2)の1/2大きい第1のアナロ
グ信号36が作られ、小さい場合には(VDD/2)よ
り(VDD/2)の1/2小さい第1のアナログ信号3
6が作られ比較を行う。
られ、次回の比較動作時には(VDD/2)のレベルに
対し第2のアナログ信号36が大きい場合には(VDD
/2)より(VDD/2)の1/2大きい第1のアナロ
グ信号36が作られ、小さい場合には(VDD/2)よ
り(VDD/2)の1/2小さい第1のアナログ信号3
6が作られ比較を行う。
【0007】図4に示す例は大きい場合で、以下、前回
の比較電圧に対して(1/2)の差の第1のアナログ信
号35を合計5回の比較を行ってレジスタ32に分格納
し1変換分の動作を終了する。
の比較電圧に対して(1/2)の差の第1のアナログ信
号35を合計5回の比較を行ってレジスタ32に分格納
し1変換分の動作を終了する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この
時、第2の入力アナログ信号36とD/Aコンバータ3
1から第1のアナログ信号35の差が極めて小さい場合
には、コンパレータ33の出力は不安定となる。この様
子を示す図5を参照すると、この出力は、コンパレータ
の比較精度と入力される第1および2のそれぞれのアナ
ログ信号にのっているノイズのレベルに依存するため、
コンパレータ33の性能を上げても完全に回避する事は
困難である。この時レジスタ32が取り込むデータが1
変換をする毎に変わってしまう可能性がある。このた
め、同一の第2のアナログ信号を入力しているにもかか
わらず変換データは変換する毎にゆらいでしまうという
問題があった。
時、第2の入力アナログ信号36とD/Aコンバータ3
1から第1のアナログ信号35の差が極めて小さい場合
には、コンパレータ33の出力は不安定となる。この様
子を示す図5を参照すると、この出力は、コンパレータ
の比較精度と入力される第1および2のそれぞれのアナ
ログ信号にのっているノイズのレベルに依存するため、
コンパレータ33の性能を上げても完全に回避する事は
困難である。この時レジスタ32が取り込むデータが1
変換をする毎に変わってしまう可能性がある。このた
め、同一の第2のアナログ信号を入力しているにもかか
わらず変換データは変換する毎にゆらいでしまうという
問題があった。
【0009】すなわち、従来の逐次比較型A/D変換器
では、内部のコンパレータの出力を直接データとして並
列レジスタ等に蓄積しているため、コンパレータ出力の
不安定さが直接変換データのゆらぎを起し、変換精度の
低下を起していた。
では、内部のコンパレータの出力を直接データとして並
列レジスタ等に蓄積しているため、コンパレータ出力の
不安定さが直接変換データのゆらぎを起し、変換精度の
低下を起していた。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の逐次比較型A/
D変換器は、第1のアナログ信号と第2のアナログ信号
とを比較しデジタル信号を出力するコンパレータと、前
記第1及び第2のアナログ信号のA/D変換時間の(1
/N)倍(Nは整数)のクロック信号が入力され、前記
第1のアナログ信号と前記第2のアナログ信号とのレベ
ル差が実質的に無くなったときに発生する前記コンパレ
ータの出力のゆらぎ比率を判定し、この判定結果を出力
するコンパレータ出力安定回路と、前記判定結果を受け
nビット(nは整数)のデジタルデータを格納するnビ
ット並列レジスタと、この並列レジスタのnビット出力
をD/A変換し前記第1のアナログ信号として出力する
nビットのD/Aコンバータと、前記コンパレータおよ
び前記nビット並列レジスタとを制御するコントロール
ユニットとを有する構成である。
D変換器は、第1のアナログ信号と第2のアナログ信号
とを比較しデジタル信号を出力するコンパレータと、前
記第1及び第2のアナログ信号のA/D変換時間の(1
/N)倍(Nは整数)のクロック信号が入力され、前記
第1のアナログ信号と前記第2のアナログ信号とのレベ
ル差が実質的に無くなったときに発生する前記コンパレ
ータの出力のゆらぎ比率を判定し、この判定結果を出力
するコンパレータ出力安定回路と、前記判定結果を受け
nビット(nは整数)のデジタルデータを格納するnビ
ット並列レジスタと、この並列レジスタのnビット出力
をD/A変換し前記第1のアナログ信号として出力する
nビットのD/Aコンバータと、前記コンパレータおよ
び前記nビット並列レジスタとを制御するコントロール
ユニットとを有する構成である。
【0011】また、本発明の逐次比較型A/D変換器の
前記コンパレータ出力安定回路は、前記コンパレータの
出力と前記クロック信号とが入力されるNAND回路
と、このNAND回路の出力を受けるmビット(mは整
数)カウンターと、このカウンターのmビット出力を受
け前記nビット並列レジスタへその出力を格納するAN
D回路とを有する構成とすることもできる。
前記コンパレータ出力安定回路は、前記コンパレータの
出力と前記クロック信号とが入力されるNAND回路
と、このNAND回路の出力を受けるmビット(mは整
数)カウンターと、このカウンターのmビット出力を受
け前記nビット並列レジスタへその出力を格納するAN
D回路とを有する構成とすることもできる。
【0012】またさらに、本発明の逐次比較型A/D変
換器は、 前記コントロールユニットは前記コンパレー
タ出力安定回路を制御する構成とすることもできる。
換器は、 前記コントロールユニットは前記コンパレー
タ出力安定回路を制御する構成とすることもできる。
【0013】さらにまた、本発明の逐次比較型A/D変
換器は、前記mビットカウンタは立下りエッヂバイナリ
ーカウンタである構成とすることもできる。
換器は、前記mビットカウンタは立下りエッヂバイナリ
ーカウンタである構成とすることもできる。
【0014】
【実施例】次に、本発明の一実施例の逐次比較型A/D
変換器について図面を参照しながら具体的に説明する。
変換器について図面を参照しながら具体的に説明する。
【0015】本発明の一実施例としての4ビットの逐次
比較型A/D変換器の例を示す図1を参照すると、この
実施例の逐次比較型A/D変換器は、4ビットのD/A
コンバータ1と4ビットの並列レジスタ2と、コンパレ
ータ3と、コントロールユニット4と、5ビットの立ち
下がりエッヂで1カウントするリセット付きカウンター
5と、クロック入力制御用NANDゲート6と、カウン
ト数検出用ANDゲート7とから構成される。
比較型A/D変換器の例を示す図1を参照すると、この
実施例の逐次比較型A/D変換器は、4ビットのD/A
コンバータ1と4ビットの並列レジスタ2と、コンパレ
ータ3と、コントロールユニット4と、5ビットの立ち
下がりエッヂで1カウントするリセット付きカウンター
5と、クロック入力制御用NANDゲート6と、カウン
ト数検出用ANDゲート7とから構成される。
【0016】次に、この実施例の変換動作のタイミング
チャートを示す図2を参照して、この実施例の逐次比較
型A/D変換器の変換動作について説明する。
チャートを示す図2を参照して、この実施例の逐次比較
型A/D変換器の変換動作について説明する。
【0017】第2のアナログ信号16がある一定のレベ
ルで入力される時、初めに、コントロールユニット4か
らレジスタ2に対して1回目の比較のためのデータがセ
ットされD/Aコンバータ1に送られ、それと同時にカ
ウンター5はリセットされる。D/Aコンバータ1から
コンパレータ3に第1のアナログ信号15が入力され第
2のアナログ信号16と比較が行われる。
ルで入力される時、初めに、コントロールユニット4か
らレジスタ2に対して1回目の比較のためのデータがセ
ットされD/Aコンバータ1に送られ、それと同時にカ
ウンター5はリセットされる。D/Aコンバータ1から
コンパレータ3に第1のアナログ信号15が入力され第
2のアナログ信号16と比較が行われる。
【0018】D/Aコンバータ1のセットアップ時間を
考慮してコントロールユニット4はコンパレータ3に第
1および2のアナログ信号15および16が入力されて
いるのを確認してから比較結果の出力を開始させる。こ
の時、コンパレータの安定時間(以下、1ビットの変換
時間とする)をおくため、ある一定の時間比較結果が出
力され続ける。
考慮してコントロールユニット4はコンパレータ3に第
1および2のアナログ信号15および16が入力されて
いるのを確認してから比較結果の出力を開始させる。こ
の時、コンパレータの安定時間(以下、1ビットの変換
時間とする)をおくため、ある一定の時間比較結果が出
力され続ける。
【0019】また比較開始と同時にカウント可能状態に
なるようにNAND6に“1”をセットする。NAND
6にはコントロールユニット4の信号に同期して1ビッ
トの変換時間のN倍のクロックを入力しコンパレータ3
の出力によってクロックがカウンター5に入力されるか
されないかのコントロールを行う。
なるようにNAND6に“1”をセットする。NAND
6にはコントロールユニット4の信号に同期して1ビッ
トの変換時間のN倍のクロックを入力しコンパレータ3
の出力によってクロックがカウンター5に入力されるか
されないかのコントロールを行う。
【0020】この時、比較経過が“1”の時にのみN倍
のクロックがカウンター5に入力され、カウント動作を
開始する(カウンター5のビット数は変換時間内でずっ
とカウントされた場合にカウンターの出力が全て“1”
になる様に設定する)。
のクロックがカウンター5に入力され、カウント動作を
開始する(カウンター5のビット数は変換時間内でずっ
とカウントされた場合にカウンターの出力が全て“1”
になる様に設定する)。
【0021】次に、AND7はカウンター5が所定のカ
ウント数を超えると“1”を出力しカウント数が満たな
い場合は“0”となり、1ビットの変換時間終了後レジ
スタ2はAND7の出力を比較結果として蓄積する。
ウント数を超えると“1”を出力しカウント数が満たな
い場合は“0”となり、1ビットの変換時間終了後レジ
スタ2はAND7の出力を比較結果として蓄積する。
【0022】次に、図5を参照してコンパレータ3の出
力がゆらいだ場合のこの実施例の逐次比較型A/D変換
器の動作について説明する。
力がゆらいだ場合のこの実施例の逐次比較型A/D変換
器の動作について説明する。
【0023】従来の逐次比較型A/D変換器の場合、コ
ンパレータ33の出力がゆらいでいる場合、レジスタ3
2に比較結果を取り込むタイミングにコンパレータ33
の出力が“1”になっているか、“0”になっているか
は極めて不安定である。しかし、コンパレータの出力は
ゆらいでいても、比較レベルには必ず差があり、変換時
間内での“1”と“0”の存在する割合は偏りがあり
“1”の占める割合が多い場合は正しい判定結果は
“1”であると考えられる。例えば、“1”と“0”の
割合が6:4だったとすると、従来例の場合60%の割
合で“1”と判定され、あとは“0”と判定される。従
って、10回に4回は誤差を生じ且つデータがふらつく
ことになる。
ンパレータ33の出力がゆらいでいる場合、レジスタ3
2に比較結果を取り込むタイミングにコンパレータ33
の出力が“1”になっているか、“0”になっているか
は極めて不安定である。しかし、コンパレータの出力は
ゆらいでいても、比較レベルには必ず差があり、変換時
間内での“1”と“0”の存在する割合は偏りがあり
“1”の占める割合が多い場合は正しい判定結果は
“1”であると考えられる。例えば、“1”と“0”の
割合が6:4だったとすると、従来例の場合60%の割
合で“1”と判定され、あとは“0”と判定される。従
って、10回に4回は誤差を生じ且つデータがふらつく
ことになる。
【0024】そこで、本発明の実施例の逐次比較型A/
D変換器は、1変換時間中にN回のサンプリングをする
ことによって判定結果精度を上げることができる。以下
に例を取って説明する。
D変換器は、1変換時間中にN回のサンプリングをする
ことによって判定結果精度を上げることができる。以下
に例を取って説明する。
【0025】今、一般的にデータが“1”と判定される
確率Puの計算式は以下の様になる。すなわち、 データが“1”と判定される確率 :P
u 1変換時間内の仮のフレーム数 :M 1変換時間内の“1”と判定されるフレームの割合:P (従来例でのふらつく割合相当) 1変換内のサンプリング数 :N (但し、判定基準をサンプリング回数の多数決とする場
合)とすると、
確率Puの計算式は以下の様になる。すなわち、 データが“1”と判定される確率 :P
u 1変換時間内の仮のフレーム数 :M 1変換時間内の“1”と判定されるフレームの割合:P (従来例でのふらつく割合相当) 1変換内のサンプリング数 :N (但し、判定基準をサンプリング回数の多数決とする場
合)とすると、
【0026】
【0027】となる。
【0028】ここで、仮にN=5とし、コンパレータ3
の出力がゆらぎ、“1”と“0”の占める割合が6:4
であり、“1”、“0”の判定基準をサンプリング数の
半分以上が1であれば判定は“1”と考え、ここではカ
ンウンター5が3以上カウントする時に“1”とした場
合を考える。この時、仮に変換時間を10のフレームに
分けて考えるとすると、10のフレームのうち6フレー
ムが“1”となり、その割合は確率の計算に置き換える
と“1”の玉が6個、“0”の玉が4個入っている袋か
ら取った玉を戻さないで5個取り出した時3個以上が
“1”の玉である確率と考えることが出来る。従ってそ
の確率Pは
の出力がゆらぎ、“1”と“0”の占める割合が6:4
であり、“1”、“0”の判定基準をサンプリング数の
半分以上が1であれば判定は“1”と考え、ここではカ
ンウンター5が3以上カウントする時に“1”とした場
合を考える。この時、仮に変換時間を10のフレームに
分けて考えるとすると、10のフレームのうち6フレー
ムが“1”となり、その割合は確率の計算に置き換える
と“1”の玉が6個、“0”の玉が4個入っている袋か
ら取った玉を戻さないで5個取り出した時3個以上が
“1”の玉である確率と考えることが出来る。従ってそ
の確率Pは
【0029】
【0030】となる。
【0031】以上のように、従来例では60%の確率で
しか“1”と安定できなかったのに対して、本発明の回
路を使う事により上の例では74%の確率で“1”と判
定出来、“1”と判定される確率があがり、ふらつきの
低減、変換精度の向上ができる。
しか“1”と安定できなかったのに対して、本発明の回
路を使う事により上の例では74%の確率で“1”と判
定出来、“1”と判定される確率があがり、ふらつきの
低減、変換精度の向上ができる。
【0032】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明では、逐次比
較型A/D変換器でコンパレータの出力を変換時間のN
倍のクロックでサンプリングカウントする事により変換
データのゆらぎの低減、変換精度の向上が出来る効果が
ある。
較型A/D変換器でコンパレータの出力を変換時間のN
倍のクロックでサンプリングカウントする事により変換
データのゆらぎの低減、変換精度の向上が出来る効果が
ある。
【図1】本発明の一実施例の逐次比較型A/D変換器の
ブロック図である。
ブロック図である。
【図2】図1に示す実施例の逐次比較型A/D変換器の
タイミングチャートである。
タイミングチャートである。
【図3】従来の逐次比較型A/D変換器のブロック図で
ある。
ある。
【図4】逐次比較型A/D変換器内のD/Aコンバータ
変換中の出力波形を示す図である。
変換中の出力波形を示す図である。
【図5】コンパレータの比較結果の出力波形を示す図で
ある。
ある。
1 4ビットD/Aコンバータ 2 4ビット並列レジスタ 3,33 コンパレータ 4,34 コントロールユニット 5 カウンタ 6 クロック入力制御用NANDゲート 7 カウント数検出用ANDゲート 11 データ格納クロック 12 並列レジスタコントロール信号 13 NAND6コントロール信号 14 比較結果出力イネーブル信号 15,16,35,36 アナログ信号 17,18,19,20,21,22 クロック信号 23 レジスタ制御信号 24 リセット信号 25−1〜25−4,37−1〜37−n デジタル
信号 32 nビット並列レジスタ
信号 32 nビット並列レジスタ
Claims (4)
- 【請求項1】 第1のアナログ信号と第2のアナログ信
号とを比較しデジタル信号を出力するコンパレータと、
前記第1及び第2のアナログ信号のA/D変換時間の
(1/N)倍(Nは整数)のクロック信号が入力され、
前記第1のアナログ信号と前記第2のアナログ信号との
レベル差が実質的に無くなったときに発生する前記コン
パレータの出力のゆらぎ比率を判定し、この判定結果を
出力するコンパレータ出力安定回路と、前記判定結果を
受けnビット(nは整数)のデジタルデータを格納する
nビット並列レジスタと、この並列レジスタのnビット
出力をD/A変換し前記第1のアナログ信号として出力
するnビットのD/Aコンバータと、前記コンパレータ
および前記nビット並列レジスタとを制御するコントロ
ールユニットとを有することを特徴とする逐次比較型A
/D変換器。 - 【請求項2】 前記コンパレータ出力安定回路は、前記
コンパレータの出力と前記クロック信号とが入力される
NAND回路と、このNAND回路の出力を受けるmビ
ット(mは整数)カウンターと、このカウンターのmビ
ット出力を受け前記nビット並列レジスタへその出力を
格納するAND回路とを有することを特徴とする請求項
1記載の逐次比較型A/D変換器。 - 【請求項3】 前記コントロールユニットは前記コンパ
レータ出力安定回路を制御することを特徴とする請求項
1または2記載の逐次比較型A/D変換器。 - 【請求項4】 前記mビットカウンタは立下りエッヂバ
イナリーカウンタである請求項2記載の逐次比較型A/
D変換器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5226295A JP2876952B2 (ja) | 1993-09-13 | 1993-09-13 | 逐次比較型a/d変換器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5226295A JP2876952B2 (ja) | 1993-09-13 | 1993-09-13 | 逐次比較型a/d変換器 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0786946A JPH0786946A (ja) | 1995-03-31 |
JP2876952B2 true JP2876952B2 (ja) | 1999-03-31 |
Family
ID=16842974
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5226295A Expired - Fee Related JP2876952B2 (ja) | 1993-09-13 | 1993-09-13 | 逐次比較型a/d変換器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2876952B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0932936A1 (en) * | 1997-07-18 | 1999-08-04 | Microchip Technology Incorporated | Improved successive approximation a/d converter |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5173372A (en) * | 1974-12-21 | 1976-06-25 | Fujitsu Ltd | Anarogu deijitaruhenkanki |
JPS58104522A (ja) * | 1981-12-16 | 1983-06-22 | Nippon Denso Co Ltd | アナログ・デイジタル変換方法 |
JPS62120724A (ja) * | 1985-11-20 | 1987-06-02 | Akai Electric Co Ltd | 逐次比較型a−d変換器 |
JPH03185927A (ja) * | 1989-12-14 | 1991-08-13 | Mitsubishi Electric Corp | A/d変換器 |
JPH0771004B2 (ja) * | 1990-02-27 | 1995-07-31 | 三洋電機株式会社 | 逐次比較型a/d変換器 |
JPH04255113A (ja) * | 1991-02-07 | 1992-09-10 | Sharp Corp | アナログ/デジタル変換装置 |
JPH05160727A (ja) * | 1991-12-05 | 1993-06-25 | Mitsubishi Electric Corp | A/d変換器 |
-
1993
- 1993-09-13 JP JP5226295A patent/JP2876952B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0786946A (ja) | 1995-03-31 |
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