JP2876952B2 - 逐次比較型a/d変換器 - Google Patents

逐次比較型a/d変換器

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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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【0011】また、本発明の逐次比較型A/D変換器
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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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)。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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、
【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
【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。
【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。
【図面の簡単な説明】
【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。
【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。
【図3】従来の逐次比較型A/D変換器のブロック図で
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。
【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。
【符号の説明】
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

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【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
    出力するコンパレータ出力安定回路と、前記判定結果
    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。
  2. 【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。
  3. 【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
    または2記載の逐次比較型A/D変換器。
  4. 【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。
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