JP3176860B2 - Signal transmission circuit, signal transmission method, A / D converter, and solid-state imaging device - Google Patents

Signal transmission circuit, signal transmission method, A / D converter, and solid-state imaging device

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JP3176860B2 JP02417597A JP2417597A JP3176860B2 JP 3176860 B2 JP3176860 B2 JP 3176860B2 JP 02417597 A JP02417597 A JP 02417597A JP 2417597 A JP2417597 A JP 2417597A JP 3176860 B2 JP3176860 B2 JP 3176860B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、寄生容量をもつ信
号線を用いて効率よく信号を伝達する信号伝達回路およ
び方法と、アナログ信号をデジタル信号に変換するA/
D変換器と、入力画像に対応する出力信号を発生する固
体撮像素子とに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a signal transmission circuit and method for efficiently transmitting a signal using a signal line having a parasitic capacitance, and an A / A for converting an analog signal to a digital signal.
The present invention relates to a D converter and a solid-state imaging device that generates an output signal corresponding to an input image.

【0002】[0002]

【従来の技術】アナログ信号をデジタル信号に変換する
には、A/D変換器が用いられる。A/D変換器の回路
構成としては、例えば逐次比較型、直並列型および全並
列型が用いられる。これらの方式は、変換速度、変換精
度および消費電力の点でそれぞれ長所および短所をも
つ。
2. Description of the Related Art An A / D converter is used to convert an analog signal into a digital signal. As the circuit configuration of the A / D converter, for example, a successive approximation type, a serial-parallel type, and a fully parallel type are used. These schemes have advantages and disadvantages in terms of conversion speed, conversion accuracy, and power consumption, respectively.

【0003】上記3方式のうち、変換速度が最も優れて
いるのは、全並列型であり、集積回路として実現される
A/D変換器の基本方式である。全並列型の短所として
は、変換精度および消費電力が十分に満足できるもので
はないことが挙げられる。
Of the three methods, the one with the highest conversion speed is the all-parallel type, which is the basic method of an A / D converter realized as an integrated circuit. Disadvantages of the all-parallel type include that the conversion accuracy and power consumption are not sufficiently satisfactory.

【0004】近年では、携帯電子機器の消費電力を下げ
る必要性が高まってきている。その結果、A/D変換器
に対しても低消費電力であることがますます要求される
ようになってきている。したがって全並列型の代わりに
直並列型のA/D変換器が用いられることが多い。
[0004] In recent years, there has been an increasing need to reduce the power consumption of portable electronic devices. As a result, A / D converters are increasingly required to have low power consumption. Therefore, a serial-parallel A / D converter is often used instead of the all-parallel type.

【0005】図23は、従来技術による直並列型A/D
変換器を示すブロック図である。比較器2310は、ア
ナログ入力信号Ainを受け取り、参照電圧列Refと
比較する。比較器2310は、比較の結果、得られる上
位ディジタル値DUをDAC(D/A変換器)2330
と、演算回路2340とに出力する。DAC2330
は、比較器2310から出力された上位ディジタル値D
Uに基づいて、下位ビットを決める基準である下位参照
電圧列RefLを出力する。比較器2320は、アナロ
グ入力信号Ainを下位参照電圧列RefLと比較する
ことによって下位ディジタル値DLを演算回路2340
に出力する。演算回路2340は、上位ディジタル値D
Uおよび下位ディジタル値DLからA/D変換出力値D
outを生成し、出力する。
FIG. 23 shows a conventional serial / parallel A / D converter.
It is a block diagram showing a converter. The comparator 2310 receives the analog input signal Ain and compares it with the reference voltage sequence Ref. The comparator 2310 converts the higher digital value DU obtained as a result of the comparison into a DAC (D / A converter) 2330.
And an arithmetic circuit 2340. DAC2330
Is the higher digital value D output from the comparator 2310
Based on U, a lower reference voltage sequence RefL, which is a reference for determining lower bits, is output. Comparator 2320 compares lower-order digital value DL with lower-order reference voltage sequence RefL to calculate lower-order digital value DL by arithmetic circuit 2340.
Output to The arithmetic circuit 2340 calculates the upper digital value D
A / D conversion output value D from U and lower digital value DL
out is generated and output.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】図23に示すA/D変
換器においては、比較器2310から出力されるディジ
タル信号DUは、DAC2330によってアナログ信号
RefLに変換される。DAC2330におけるD/A
変換は、変換速度を低下させ、消費電力を増加する。し
たがってこのようなD/A変換をおこなうことなく、A
/D変換器が実現できることが望ましい。つまり比較器
2310がアナログ信号を比較器2320に出力するこ
とが望ましい。
In the A / D converter shown in FIG. 23, a digital signal DU output from a comparator 2310 is converted into an analog signal RefL by a DAC 2330. D / A in DAC2330
Conversion reduces conversion speed and increases power consumption. Therefore, without performing such D / A conversion, A
It is desirable that a / D converter can be realized. That is, it is desirable that the comparator 2310 outputs an analog signal to the comparator 2320.

【0007】しかしアナログ信号の伝達は、信号線上の
寄生容量のために、動作速度が低下や、消費電力の増大
につながる。信号線の寄生容量が生じる主な原因は、信
号線に接続された多数のスイッチ、および長い信号線で
ある。大きい寄生容量をもつ信号線を駆動する回路は、
大きな駆動能力を必要とし、その消費電力も大きくな
る。
However, the transmission of an analog signal leads to a decrease in operation speed and an increase in power consumption due to parasitic capacitance on a signal line. The main causes of the parasitic capacitance of the signal line are a large number of switches connected to the signal line and long signal lines. Circuits that drive signal lines with large parasitic capacitance
A large driving capability is required, and the power consumption increases.

【0008】上述のように、アナログ信号を伝達すると
きには、寄生容量のためにシステムの動作速度および消
費電力などが低下するという問題があった。またアナロ
グ信号を扱うA/D変換器においても同様の問題があっ
た。本発明は、上記課題を解決するためになされたもの
であり、その目的するところは、アナログ信号を大きな
寄生容量をもつ信号線を介して、小さい駆動能力で高速
に伝達する信号伝達回路および信号伝達方法と、A/D
変換器と、固体撮像素子とを提供することにある。
As described above, when transmitting an analog signal, there is a problem that the operating speed and power consumption of the system are reduced due to parasitic capacitance. A / D converters that handle analog signals have the same problem. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a signal transmission circuit and a signal transmission method for transmitting an analog signal at high speed with a small driving capability via a signal line having a large parasitic capacitance. Transmission method and A / D
It is to provide a converter and a solid-state imaging device.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明の信号伝達回路
は、入力信号を受け取った送信部が信号線を介して受信
部に信号を伝達し該入力信号に対応する出力信号を出力
する信号伝達回路であって、該送信部は、第1容量性手
段と、該入力信号に対応する電荷を該第1容量性手段に
与える電荷供給部と、該電荷供給部からの電荷の供給と
停止を制御する供給制御手段と、を備えており、該受信
部は、該第1容量性手段からの電荷を受け取る第2容量
性手段を備えており、該第1容量性手段に蓄積された電
荷を該第2の容量性手段に伝達する信号線と、該信号線
にある寄生容量性素子と、該第1容量性手段と該信号線
との間で電荷の伝達と非伝達を制御する伝達手段と、を
備え、該第2容量性手段と該寄生容量性素子の総容量値
は、該第1容量性手段の容量値よりも大きく、該伝達手
段が非伝達時に該電荷供給部は該第1容量性手段に電荷
を与え、伝達時に該供給制御手段は電荷の供給を停止す
ることを特徴とする。
According to a signal transmission circuit of the present invention, a transmission unit that receives an input signal transmits a signal to a reception unit via a signal line and outputs an output signal corresponding to the input signal. A transmission unit, wherein the transmission unit includes a first capacitive unit, a charge supply unit that supplies a charge corresponding to the input signal to the first capacitive unit, and a supply and stop of a charge from the charge supply unit. And a supply control unit for controlling the supply unit, wherein the receiving unit includes a second capacitive unit that receives the charge from the first capacitive unit, and the charge unit stores the charge accumulated in the first capacitive unit. A signal line for transmitting to the second capacitive means, a parasitic capacitive element on the signal line, and a transmitting means for controlling transmission and non-transmission of electric charge between the first capacitive means and the signal line Wherein the total capacitance value of the second capacitive means and the parasitic capacitance element is equal to the first capacitance value. Larger than the capacitance value of said transfer means charge supplying unit during non-transmission gives a charge to said first capacitive means, said supply control means during transmission is characterized by stopping the supply of the charge.

【0010】ある実施形態では、前記第2容量性手段に
転送された電荷に対応する出力信号を生成する変換手段
をさらに備えている。
[0010] In one embodiment, the apparatus further comprises conversion means for generating an output signal corresponding to the electric charge transferred to the second capacitive means.

【0011】ある実施形態では、前記第1容量性手段
は、第1端子および第2端子を有し、前記第2容量性手
段は、第1端子および第2端子を有し、前記伝達手段
は、該第1容量性手段の第1端子および該第2容量性手
段の第1端子の接続状態を変化させるスイッチであり、
該第1容量性手段の第2端子は、該第2容量性手段の第
2端子に接続されている。
In one embodiment, the first capacitive means has a first terminal and a second terminal, the second capacitive means has a first terminal and a second terminal, and the transmitting means is A switch for changing a connection state between a first terminal of the first capacitive means and a first terminal of the second capacitive means,
A second terminal of the first capacitive means is connected to a second terminal of the second capacitive means.

【0012】ある実施形態では、前記電荷供給部は増幅
器を有し、前記供給制御手段は、該電荷供給部の出力端
子と前記第1容量性手段の間に接続されたスイッチ手段
を有する。
In one embodiment, the charge supply unit has an amplifier, and the supply control unit has a switch unit connected between an output terminal of the charge supply unit and the first capacitive unit.

【0013】[0013]

【0014】ある実施形態では、前記変換手段は、前記
第2容量性手段を含んでおり、入力端子の信号を増幅し
て、該増幅された信号を出力端子に出力する増幅器と、
該入力端子および該出力端子に接続された容量性手段を
有する。
In one embodiment, the conversion means includes the second capacitive means, and amplifies the signal at the input terminal and outputs the amplified signal to the output terminal.
A capacitive means connected to the input terminal and the output terminal;

【0015】ある実施形態では、前記変換手段は、可変
容量を有する。
In one embodiment, the conversion means has a variable capacity.

【0016】本発明によるA/D変換器は、入力電圧を
受け取り、該入力電圧に対応するデジタル信号を出力す
るA/D変換器であって、該入力電圧および参照電圧の
差に対応する電圧を増幅する増幅手段と、該増幅手段か
ら出力される電圧を保持する保持容量性手段と、第1端
子と第2端子を持つ信号線と、該信号線にある寄生容量
性素子と、該増幅手段と該保持容量性手段との間に設け
られた第1伝達手段と、該保持容量性手段と該信号線の
第1端子との間に設けられた第2伝達手段と、該信号線
の第2端子に接続され、該保持容量性手段の保持電荷を
受信する受信容量性手段と、を備えており、第1状態に
おいて、該第1伝達手段は導通であり、該第2伝達手段
は非導通であり、第2状態において、該第1伝達手段は
非導通であり、該第2伝達手段は導通であって、該寄生
容量性素子と該受信容量性手段の総容量値は該保持容量
性手段の容量値よりも大きいことにより信号伝達速度の
時定数を小さくすることを特徴とする。
An A / D converter according to the present invention is an A / D converter that receives an input voltage and outputs a digital signal corresponding to the input voltage, the voltage corresponding to a difference between the input voltage and a reference voltage. Amplifying means, a holding capacitive means for holding a voltage output from the amplifying means, a signal line having a first terminal and a second terminal, a parasitic capacitive element on the signal line, First transmission means provided between the storage means and the storage capacitive means; second transmission means provided between the storage capacitive means and the first terminal of the signal line; A receiving capacitive means connected to a second terminal for receiving the retained charge of the retaining capacitive means, wherein in the first state, the first transmitting means is conductive, and the second transmitting means is Non-conducting, and in the second state, the first transmitting means is non-conducting; (2) The transmission means is conductive, and the time constant of the signal transmission speed is reduced by making the total capacitance value of the parasitic capacitive element and the receiving capacitive means larger than the capacitance value of the holding capacitive means. And

【0017】本発明による信号伝達方法は、入力信号を
受け取り、該入力信号に対応する出力信号を出力する信
号伝達方法であって、該入力信号に対応する電荷を第1
容量性手段に蓄積する蓄積ステップと、該蓄積された電
荷を該第1容量性手段から第2容量性手段へ転送する転
送ステップと、を包含し、該転送ステップにおいて該蓄
積された電荷は信号伝達線路を通じて該第1容量性手段
から該第2容量性手段に転送され、該信号伝達線路の寄
生容量性素子と該第2容量性手段の総容量値は該第1容
量性手段の容量値よりも大きく、該転送ステップでは該
第1容量性手段と該信号伝達線路との間の信号の伝達と
非伝達を制御し、該蓄積ステップにおける該第1容量性
手段への電荷蓄積を停止する。
A signal transmission method according to the present invention is a signal transmission method for receiving an input signal and outputting an output signal corresponding to the input signal.
A transfer step of transferring the stored charge from the first capacitive means to the second capacitive means, wherein the stored charge is a signal. The signal is transferred from the first capacitive means to the second capacitive means via a transmission line, and the total capacitance of the parasitic capacitive element of the signal transmission line and the second capacitive means is the capacitance of the first capacitive means. In the transfer step, transmission and non-transmission of signals between the first capacitive means and the signal transmission line are controlled, and charge accumulation in the first capacitive means in the accumulation step is stopped. .

【0018】ある実施形態では、前記第2容量性手段に
転送された電荷に対応する出力信号を生成する変換ステ
ップをさらに包含する。
In one embodiment, the method further includes a conversion step of generating an output signal corresponding to the charge transferred to the second capacitive means.

【0019】[0019]

【0020】ある実施形態では、前記変換ステップは、
前記第2容量性手段を含み、入力端子の信号を増幅し
て、該増幅された信号を出力端子に出力する増幅器と、
該入力端子および該出力端子に接続された容量性素子と
を用いる。
[0020] In one embodiment, the converting step includes:
An amplifier including the second capacitive means, amplifying a signal at an input terminal, and outputting the amplified signal to an output terminal;
A capacitive element connected to the input terminal and the output terminal is used.

【0021】ある実施形態では、前記変換ステップは、
可変容量を用いる。
In one embodiment, the step of converting includes:
Use variable capacitance.

【0022】本発明による固体撮像素子は、入射光を受
け取り、該入射光に対応する出力信号を出力する固体撮
像素子であって、第1容量性手段と、該入射光に対応す
る電荷を該第1容量性手段に与える電荷供給部と、第2
容量性手段と、第1端子が該第1容量性手段の一方の端
子に接続されており、第2端子が該第2容量性手段に接
続されており、該第1容量性手段に蓄積された電荷を該
第2の容量性手段に伝達する信号線と、該信号線にある
寄生容量性素子と、該第1容量性手段の他方の端子と所
定の電位の間に接続され、該第1容量性手段に蓄積され
た電荷の伝達と非伝達を制御する伝達手段と、を備えて
おり、該寄生容量性素子と該第2容量性手段の総容量値
は、該第1容量性手段の容量値よりも大きいことを特徴
とする。
A solid-state imaging device according to the present invention is a solid-state imaging device for receiving incident light and outputting an output signal corresponding to the incident light, wherein the first capacitive means and a charge corresponding to the incident light are charged. A charge supply unit to be provided to the first capacitive unit;
Capacitive means, a first terminal connected to one terminal of the first capacitive means, a second terminal connected to the second capacitive means, and stored in the first capacitive means. A signal line for transmitting the charged electric charge to the second capacitive means, a parasitic capacitive element on the signal line, and the other terminal of the first capacitive means and a predetermined potential, A transmission means for controlling transmission and non-transmission of the electric charge accumulated in the first capacitive means, wherein a total capacitance value of the parasitic capacitive element and the second capacitive means is equal to the first capacitive means. Is larger than the capacitance value.

【0023】ある実施形態では、前記電荷供給部がフォ
トダイオードであって、前記第1容量性手段が該フォト
ダイオードの寄生容量である。
In one embodiment, the charge supply section is a photodiode, and the first capacitive means is a parasitic capacitance of the photodiode.

【0024】ある実施形態では、前記第2容量性手段に
転送された電荷に対応する出力信号を生成する変換手段
をさらに備えている。
[0024] In one embodiment, the apparatus further comprises conversion means for generating an output signal corresponding to the electric charge transferred to the second capacitive means.

【0025】ある実施形態では、前記変換手段は、前記
第2容量性手段を含み、入力端子の信号を増幅して、該
増幅された信号を出力端子に出力する増幅器と、該入力
端子および該出力端子に接続された容量性手段と、を有
する。
In one embodiment, the conversion means includes the second capacitive means, amplifies the signal at the input terminal, and outputs the amplified signal to the output terminal; And a capacitive means connected to the output terminal.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】本明細書において、「スイッチが
オン」であるとは、スイッチが閉じている状態をいう。
つまりスイッチがオンのときは、電流がスイッチを流れ
る。逆にスイッチがオフ」であるとは、スイッチが開い
ている状態をいう。つまりスイッチがオフのときは、電
流がスイッチを流れない。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the present specification, "the switch is on" means that the switch is closed.
That is, when the switch is on, current flows through the switch. Conversely, "the switch is off" means that the switch is open. That is, when the switch is off, no current flows through the switch.

【0027】(実施形態1)まず本発明の信号伝達回路
および信号伝達方法を説明する。
(Embodiment 1) First, a signal transmission circuit and a signal transmission method of the present invention will be described.

【0028】図1は、本発明の信号伝達回路および信号
伝達方法の原理を示す図である。本発明の信号伝達回路
は、転送部100および変換部200を備えている。転
送部100は、入力された信号に対応する電荷を変換部
200に出力する。変換部200は、電荷を受け取り、
受け取った電荷に対応する信号を出力する。
FIG. 1 is a diagram showing the principle of a signal transmission circuit and a signal transmission method according to the present invention. The signal transmission circuit of the present invention includes a transfer unit 100 and a conversion unit 200. The transfer unit 100 outputs a charge corresponding to the input signal to the conversion unit 200. The conversion unit 200 receives the charge,
A signal corresponding to the received charge is output.

【0029】容量C1は、例えば、転送部100と変換
部200との間の配線による浮遊容量であるが、これに
は限られない。容量C1は、転送部100および変換部
200を結ぶ信号線とグラウンドとの間に生じる容量性
負荷であれば何でもよい。すなわち、配線の浮遊容量
や、転送部100に接続された電子的なスイッチがもつ
容量などのようにディスクリートな部品に起因しない容
量でもよく、また逆にチップコンデンサのようにディス
クリートな部品に起因する容量でもよい。
The capacitance C1 is, for example, a stray capacitance due to wiring between the transfer unit 100 and the conversion unit 200, but is not limited to this. The capacitance C1 may be any capacitive load generated between the signal line connecting the transfer unit 100 and the conversion unit 200 and the ground. That is, the capacitance may not be due to discrete components such as the stray capacitance of the wiring or the capacitance of an electronic switch connected to the transfer unit 100, or may be due to discrete components such as a chip capacitor. The capacity may be used.

【0030】転送部100は、容量C0、抵抗Rおよび
スイッチSを有し、これらは直列に接続されている。ス
イッチSがオフ(すなわちスイッチSが開いている状
態)であるとき、容量C0には、電荷供給部(不図示)
によって電荷Q0が与えられている。スイッチSがオフ
である初期状態において、容量C1およびC2は電荷を
蓄えておらず、容量C1およびC2の電位差はゼロであ
るとする。スイッチSは、電荷Q0を変換部200に転
送するときに、オン(すなわちスイッチSが閉じている
状態)になる。抵抗Rは、容量C0と容量C1およびC
2との間に存在する抵抗を代表しており、典型的にはス
イッチSがもつ抵抗である。
The transfer section 100 has a capacitance C0, a resistor R, and a switch S, which are connected in series. When the switch S is off (that is, when the switch S is open), the capacitor C0 includes a charge supply unit (not shown).
Gives the charge Q0. In the initial state in which the switch S is off, the capacitors C1 and C2 do not store charge, and the potential difference between the capacitors C1 and C2 is assumed to be zero. The switch S is turned on (that is, the switch S is closed) when transferring the charge Q0 to the conversion unit 200. The resistance R is the capacitance C0 and the capacitances C1 and C
2 represents a resistance existing between the switch S and the switch S.

【0031】スイッチSがオフからオンになると、容量
C0に蓄積された電荷Q0は、容量C1およびC2に移
動する。スイッチSがオンのときの、容量C1の両端の
電位差および容量C2の両端の電位差をΔVとする。こ
こで容量(C1+C2)が容量C0と比較して、十分に
大きいと仮定する。このとき、容量C0からみれば、容
量(C1+C2)は、あたかもグラウンドのようにみえ
る。言い換えれば、容量C0は抵抗Rを介して短絡され
ているとみなすことができる。
When the switch S is turned on from off, the charge Q0 stored in the capacitor C0 moves to the capacitors C1 and C2. When the switch S is on, the potential difference between both ends of the capacitor C1 and the potential difference between both ends of the capacitor C2 are set to ΔV. Here, it is assumed that the capacitance (C1 + C2) is sufficiently larger than the capacitance C0. At this time, from the viewpoint of the capacitance C0, the capacitance (C1 + C2) looks like a ground. In other words, it can be considered that the capacitance C0 is short-circuited via the resistor R.

【0032】図2は、(C1+C2)>>C0が成り立
つときの図1の回路の等価回路図である。図2の回路に
おいては、容量C0に蓄えられた電荷Q0が抵抗Rを介
して放電されるので、時定数は、C0・Rに等しい。高
速な信号伝達を実現するためには、この時定数C0・R
を小さくする必要がある。ここで抵抗Rは、従来のスイ
ッチSがもつ抵抗である。したがって図2の時定数C0
・Rを小さくするためには、容量C0の値を小さく設定
すればよいことがわかる。本発明によれば、容量C0を
小さく設定することによって、時定数C0・Rを十分、
小さくすることが可能である。
FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of the circuit of FIG. 1 when (C1 + C2) >> C0 holds. In the circuit of FIG. 2, since the charge Q0 stored in the capacitor C0 is discharged via the resistor R, the time constant is equal to C0 · R. To realize high-speed signal transmission, the time constant C0 · R
Needs to be smaller. Here, the resistance R is the resistance of the conventional switch S. Therefore, the time constant C0 in FIG.
It can be seen that the value of the capacitance C0 should be set small in order to reduce R. According to the present invention, by setting the capacitance C0 small, the time constant C0 · R can be sufficiently increased.
It is possible to make it smaller.

【0033】すなわち本発明においては、(C1+C
2)>>C0なる関係が満たされることによって、ロー
パワーで高速な信号伝達が可能となる。また容量C0を
小さくすることによって、入力される信号源の駆動力が
小さくても、本発明の信号伝達回路には接続されうると
いう効果を奏する。さらに容量C0に蓄積された電荷を
容量C1およびC2に転送し、電荷を配分することは、
雑音を生じないので、従来の信号伝達回路に比較してS
/N比の向上を実現できる。
That is, in the present invention, (C1 + C
2) By satisfying the relationship of C0, low-power and high-speed signal transmission is possible. Further, by reducing the capacitance C0, there is an effect that even if the driving force of the input signal source is small, it can be connected to the signal transmission circuit of the present invention. Further, transferring the charge stored in the capacitor C0 to the capacitors C1 and C2 and distributing the charge includes:
Since no noise is generated, S is smaller than that of the conventional signal transmission circuit.
/ N ratio can be improved.

【0034】再び図1を参照する。スイッチSがオンの
ときは、容量C0に蓄えられた電荷Q0が容量C1およ
びC2に分配される。上述の仮定により、電荷Q0がす
べて容量C1およびC2に移動する。この仮定のもとで
は、端子Aに発生する電圧ΔVは、ほとんどゼロであ
る。容量C1およびC2について以下の式1および式2
が成り立つ。
Referring again to FIG. When the switch S is on, the charge Q0 stored in the capacitor C0 is distributed to the capacitors C1 and C2. According to the above assumption, all the charges Q0 move to the capacitors C1 and C2. Under this assumption, the voltage ΔV generated at the terminal A is almost zero. Equations 1 and 2 below for the capacitances C1 and C2
Holds.

【0035】Δq1=C1・ΔV (式1) Δq2=C2・ΔV (式2) ここでΔq1およびΔq2は、それぞれ容量C1および
C2に蓄えられる電荷を示す。
Δq1 = C1 · ΔV (Equation 1) Δq2 = C2 · ΔV (Equation 2) Here, Δq1 and Δq2 indicate electric charges stored in the capacitors C1 and C2, respectively.

【0036】式1および式2から電圧ΔVを消去する
と、以下の式3が得られる。
When the voltage ΔV is eliminated from the equations (1) and (2), the following equation (3) is obtained.

【0037】Δq1/Δq2=C1/C2 (式3) 式3から明らかなように容量C2に対する容量C1の比
は、電荷Δq2に対する電荷Δq1の比に等しい。した
がって容量C2が容量C1に比べて十分、大きければ、
電荷Q0のほとんどすべてが容量C2に蓄えられること
になる。このことは、本発明によれば、容量C1(例え
ば浮遊容量などに起因する)が存在するにもかかわら
ず、その影響を受けることなく電荷Q0を容量C0から
容量C2へと転送することが可能なことを意味する。よ
って本発明においては、容量C1よりも容量C2が大き
いことが好ましい。
Δq1 / Δq2 = C1 / C2 (Equation 3) As is apparent from Equation 3, the ratio of the capacitance C1 to the capacitance C2 is equal to the ratio of the charge Δq1 to the charge Δq2. Therefore, if the capacitance C2 is sufficiently larger than the capacitance C1,
Almost all of the charge Q0 is stored in the capacitor C2. This means that, according to the present invention, the charge Q0 can be transferred from the capacitor C0 to the capacitor C2 without being affected by the capacitance C1 (for example, due to the stray capacitance or the like). It means something. Therefore, in the present invention, it is preferable that the capacitance C2 is larger than the capacitance C1.

【0038】次に、本発明による信号伝達回路および方
法における電荷供給部を説明する。
Next, the charge supply unit in the signal transmission circuit and method according to the present invention will be described.

【0039】図3は、容量C0に電荷Q0を供給する電
荷供給部の一例を示す回路図である。電荷供給部300
は、コンプリメンタリ接続されたPチャネルFET(電
界効果トランジスタ)302とNチャネルFET304
とを備えている。FET302および304のゲートを
H(ハイレベル)にすると、電源VDDから容量C0に
電荷が供給される。図3の回路は、FETによるインバ
ータであるが、これには限られない。電荷供給部300
は、電源からの電荷を制御して、容量C0に与えるドラ
イバアンプであれば、上述の回路と異なる構成であって
もよい。
FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of a charge supply section for supplying a charge Q0 to the capacitor C0. Charge supply unit 300
Are a complementary connected P-channel FET (field effect transistor) 302 and an N-channel FET 304
And When the gates of the FETs 302 and 304 are set to H (high level), a charge is supplied from the power supply VDD to the capacitor C0. The circuit in FIG. 3 is an inverter using an FET, but is not limited to this. Charge supply unit 300
May have a configuration different from that of the above-described circuit as long as it is a driver amplifier that controls the electric charge from the power supply and supplies it to the capacitor C0.

【0040】図4は、ダイオードを用いた電荷供給部を
示す回路図である。電荷供給部300は、ダイオードD
iを有する。ダイオードDiを逆バイアスにすれば、ダ
イオードDiに接合容量が形成される。この接合容量を
上述の容量C0として用いることができる。ダイオード
Diの接合部に光が照射されると、接合部に電荷が生じ
る。この電荷を図1の電荷Q0として用いることができ
る。図4の回路は、ダイオードを用いているが、これに
は限られない。電荷供給部300は、光によって電荷を
発生する半導体素子であれば、他の素子であってもよ
い。
FIG. 4 is a circuit diagram showing a charge supply unit using a diode. The charge supply unit 300 includes a diode D
i. If the diode Di is reverse biased, a junction capacitance is formed in the diode Di. This junction capacitance can be used as the above-mentioned capacitance C0. When light is applied to the junction of the diode Di, charges are generated at the junction. This charge can be used as the charge Q0 in FIG. The circuit in FIG. 4 uses a diode, but is not limited to this. The charge supply unit 300 may be another element as long as it is a semiconductor element that generates charges by light.

【0041】さらに、本発明による信号伝達回路および
方法における変換部200を説明する。
Further, the conversion unit 200 in the signal transmission circuit and method according to the present invention will be described.

【0042】図5は、変換部200の一例を示す回路図
である。図5の変換部200は、インバータ202、容
量204およびスイッチ206を有する。インバータ2
02は、増幅率Gをもつ。ここでは増幅率Gは負であ
る。すなわち入力電圧をVi、出力電圧をVoとすれ
ば、Vo=G・Viであり、出力電圧Voは、入力電圧
Viと逆位相である。インバータ202の入力端子およ
び出力端子は、容量204の2つの端子に接続されてい
る。容量204のキャパシタンスは、C2fである。
FIG. 5 is a circuit diagram showing an example of the conversion unit 200. 5 includes an inverter 202, a capacitor 204, and a switch 206. Inverter 2
02 has an amplification factor G. Here, the amplification factor G is negative. That is, assuming that the input voltage is Vi and the output voltage is Vo, Vo = G · Vi, and the output voltage Vo has the opposite phase to the input voltage Vi. An input terminal and an output terminal of the inverter 202 are connected to two terminals of the capacitor 204. The capacitance of the capacitor 204 is C2f.

【0043】図5の回路においては、端子Aからみたと
きのみかけの容量が(−G+1)・C2fとなる。これ
は、後で数式を用いて詳述するように、インバータ20
2の負帰還動作による。したがって容量C2fが小さく
ても、インバータ202が並列に容量204に接続され
るために、端子Aからみた容量は大きくなる。この容量
(−G+1)・C2fが、図1の容量C2に対応する。
図5の回路においては、容量C0から与えられた電荷Q
0は、容量204に転送されるとともに、インバータ2
02によって増幅されてから端子Bに出力される。よっ
て与えられた電荷Q0に対応する電圧は、端子Bから出
力される。図5に示す回路を動作させれば、信号を伝達
するステップ(つまり電荷を転送するステップ)と、信
号を読み出すステップとが同時におこなわれる。その結
果、信号伝達に必要な時間を短縮することができるとい
う効果を有する。
In the circuit of FIG. 5, the apparent capacitance when viewed from the terminal A is (-G + 1) .C2f. This is, as will be described in detail later using equations, the inverter 20.
2 due to the negative feedback operation. Therefore, even if the capacitance C2f is small, the capacitance seen from the terminal A becomes large because the inverter 202 is connected to the capacitance 204 in parallel. This capacitance (−G + 1) · C2f corresponds to the capacitance C2 in FIG.
In the circuit of FIG. 5, the charge Q given from the capacitor C0
0 is transferred to the capacity 204 and the inverter 2
02 and then output to terminal B. Therefore, a voltage corresponding to the applied charge Q0 is output from the terminal B. By operating the circuit shown in FIG. 5, a step of transmitting a signal (that is, a step of transferring a charge) and a step of reading a signal are performed simultaneously. As a result, there is an effect that the time required for signal transmission can be reduced.

【0044】図6は、可変容量を用いる変換部200の
回路図である。変換部200は、可変容量VCを有す
る。可変容量VCは、外部からの制御によってその容量
値を変えることができる。端子Aは、電荷Q0を受け取
るとともに、電荷Q0に対応する電圧を出力する。
FIG. 6 is a circuit diagram of a converter 200 using a variable capacitor. The conversion unit 200 has a variable capacitance VC. The variable capacitance VC can change its capacitance value by external control. Terminal A receives charge Q0 and outputs a voltage corresponding to charge Q0.

【0045】容量C0から電荷Q0を容量VCに転送す
るときには、容量VCの値を容量C0と比較して十分、
大きく設定する。電荷Q0の転送後、電荷Q0を出力電
圧として端子Aから読み出すときには、容量VCの値を
小さく設定する。電荷の転送の前後で、容量C0に対す
る容量VCの比は、大から小へと変化する。その結果、
端子Aの電圧も高くなる(つまり容量VCの両端の電位
差が大きくなる)。これにより本発明によれば、電荷Q
0に対応する電圧、つまり出力信号を外部に読み出すの
に都合がよい。なお、図6に示す回路を動作させるため
には、信号を伝達するステップ(つまり電荷を転送する
ステップ)と、信号を読み出すステップとを逐次的にお
こなう。図6の回路は、S/N比の劣化なしに転送され
た電荷に対応する電圧をブーストすることができるとい
う効果を有する。
When the charge Q0 is transferred from the capacitor C0 to the capacitor VC, the value of the capacitor VC is sufficiently compared with the value of the capacitor C0.
Set larger. When the charge Q0 is read out from the terminal A as the output voltage after the transfer of the charge Q0, the value of the capacitance VC is set small. Before and after the charge transfer, the ratio of the capacitance VC to the capacitance C0 changes from large to small. as a result,
The voltage at the terminal A also increases (that is, the potential difference between both ends of the capacitor VC increases). Thus, according to the present invention, the charge Q
It is convenient to read the voltage corresponding to 0, that is, the output signal to the outside. Note that in order to operate the circuit illustrated in FIG. 6, a step of transmitting a signal (that is, a step of transferring a charge) and a step of reading a signal are sequentially performed. The circuit of FIG. 6 has the effect that the voltage corresponding to the transferred charges can be boosted without deteriorating the S / N ratio.

【0046】(実施形態2)図7は、本発明によるA/
D変換器のブロック図である。上位増幅器列710は、
アナログ入力信号Ainと、複数の参照電圧Refとを
受け取り、アナログ入力信号Ainと参照電圧Refと
の差を増幅して出力する。下位増幅器列720は、参照
電圧Refのうち、アナログ入力信号Ainの電圧の近
傍の参照電圧だけを選択し、選択された参照電圧を補間
することによって下位ビットのデータDLを出力する。
増幅器列730は、アナログ入力信号Ainが複数の参
照電圧Refによって規定される区間のうちのどの区間
に属するかを示す上位ビットのデータDUを出力する。
演算回路740は、データDUおよびデータDLをまと
めることによって、入力されたアナログ信号の電圧に対
応する、最終的に変換されたディジタルデータDout
を出力する。
(Embodiment 2) FIG.
It is a block diagram of a D converter. The upper amplifier row 710 is
It receives the analog input signal Ain and a plurality of reference voltages Ref, amplifies the difference between the analog input signal Ain and the reference voltage Ref, and outputs the amplified signal. The lower amplifier array 720 selects only the reference voltage near the voltage of the analog input signal Ain from the reference voltage Ref, and outputs the lower bit data DL by interpolating the selected reference voltage.
Amplifier array 730 outputs higher-order bit data DU indicating which of the sections defined by a plurality of reference voltages Ref the analog input signal Ain belongs to.
Arithmetic circuit 740 collects data DU and data DL, and finally converts converted digital data Dout corresponding to the voltage of the input analog signal.
Is output.

【0047】図7に示すように、本発明によるA/D変
換器は、従来技術によるA/D変換器と異なり、D/A
変換部をもたない。これにより、D/A変換部によって
消費される電力を削減することができる。また本発明に
よるA/D変換器を集積化したときには、そのチップサ
イズを小さくすることができる。これはD/A変換部が
占めるチップ面積が大きいことによる。
As shown in FIG. 7, the A / D converter according to the present invention differs from the A / D converter according to the prior art in that the D / A
No conversion unit. Thereby, the power consumed by the D / A converter can be reduced. When the A / D converter according to the present invention is integrated, the chip size can be reduced. This is because the chip area occupied by the D / A converter is large.

【0048】図8は、本発明によるA/D変換器の回路
図である。図8の中の参照符号のうち、末尾にa、b、
c、…のアルファベットが付された、同じ番号の要素
は、同じ回路構成をもつ。例えば第1増幅回路列5に含
まれる第1増幅回路6a〜6iは、いずれも同じ回路構
成である。また例えば第1増幅回路6a〜6iを総称す
るときは、単に「第1増幅回路6」というように、末尾
のアルファベットを省略する。
FIG. 8 is a circuit diagram of an A / D converter according to the present invention. Among the reference symbols in FIG. 8, a, b,
Elements of the same number with the alphabets c,... have the same circuit configuration. For example, the first amplifier circuits 6a to 6i included in the first amplifier circuit row 5 have the same circuit configuration. Further, for example, when the first amplifier circuits 6a to 6i are collectively referred to, the last alphabet is omitted, such as simply “first amplifier circuit 6”.

【0049】図8においては、同じ回路構成の要素がも
つ端子(アルファベット1文字で示された端子)の参照
符号は、繁雑さを避けるために、代表となる1つだけに
付している。例えば、第1増幅回路6は、いずれも端子
a、b、cおよびyをもつが、第1増幅回路6aにだけ
これらの参照符号を付し、第1増幅回路6b〜6iには
付していない。
In FIG. 8, the reference numerals of the terminals (terminals indicated by one letter of the alphabet) of the elements having the same circuit configuration are given to only one representative to avoid complexity. For example, the first amplifier circuit 6 has terminals a, b, c, and y, but these reference numerals are assigned only to the first amplifier circuit 6a, and the first amplifier circuits 6b to 6i are assigned. Absent.

【0050】定電圧源1は電圧Vr1を、定電圧源2は
電圧Vr9を、抵抗列4の両端に加える。本明細書で単
に「電圧」というときは、グラウンドからの電位をい
う。抵抗列4は、定電圧源1によって与えられた電圧V
r1と定電圧源2によって与えられた電圧Vr9との間
の電圧を等分割するための抵抗列であり、抵抗4a〜4
hを有する。なお、抵抗列4が有する抵抗の個数はこれ
に限られない。また、ここでは電圧Vr1およびVr9
の間の電圧は等分割されるが、等分割されなくてもよ
い。
The constant voltage source 1 applies the voltage Vr1 and the constant voltage source 2 applies the voltage Vr9 to both ends of the resistor string 4. In this specification, the term “voltage” simply refers to a potential from ground. The resistor string 4 has a voltage V provided by the constant voltage source 1.
This is a resistor string for equally dividing the voltage between r1 and the voltage Vr9 provided by the constant voltage source 2, and includes resistors 4a to 4a.
h. Note that the number of resistors included in the resistor array 4 is not limited to this. Here, the voltages Vr1 and Vr9
Are equally divided, but may not be equally divided.

【0051】アナログ信号源3は、A/D変換器に入力
電圧Vinを供給する。A/D変換器は、電圧Vinを
入力信号として受け取り、A/D変換を施すことによっ
て、電圧Vinに対応するディジタル値を出力信号とし
て出力する。
The analog signal source 3 supplies the input voltage Vin to the A / D converter. The A / D converter receives the voltage Vin as an input signal and performs A / D conversion to output a digital value corresponding to the voltage Vin as an output signal.

【0052】第1増幅回路列5は、第1増幅回路6a〜
6iを有する。第1増幅回路6a〜6iは、入力電圧V
inを標本化してから、標本化された電圧Vinと、そ
れぞれ参照電圧Vr1〜Vr9との差電圧を増幅し出力
する。
The first amplifier circuit row 5 includes first amplifier circuits 6a to 6a.
6i. The first amplifier circuits 6a to 6i receive the input voltage V
After sampling in, difference voltages between the sampled voltage Vin and the reference voltages Vr1 to Vr9 are amplified and output.

【0053】ラッチ・中間保持回路列7は、第1ラッチ
回路8a〜8iおよび中間保持回路9a〜9iを有す
る。第1ラッチ回路8a〜8iは、それぞれ第1増幅回
路6a〜6iの出力信号を増幅することによって、ディ
ジタル信号を出力する。このディジタル信号は、H(ハ
イ)レベルとして電源電圧VDD(例えば3.3V)
を、L(ロー)レベルとしてグラウンドレベルVSS
(例えば、0V)をとる。中間保持回路9a〜9iは、
それぞれ第1増幅回路6a〜6iの出力信号を受け取
り、保持する。第1ラッチ回路8は、入力電圧Vinが
8つの電圧区間Vr1〜Vr2、Vr2〜Vr3、Vr
3〜Vr4、…、Vr8〜Vr9のうちのどれに属する
かを示すデータを上位データ処理回路13に出力する。
The latch / intermediate holding circuit row 7 has first latch circuits 8a to 8i and intermediate holding circuits 9a to 9i. The first latch circuits 8a to 8i output digital signals by amplifying the output signals of the first amplifier circuits 6a to 6i, respectively. This digital signal is converted to a power supply voltage VDD (eg, 3.3 V) as an H (high) level.
Is set to the ground level VSS as the L (low) level.
(For example, 0 V). The intermediate holding circuits 9a to 9i
It receives and holds output signals of the first amplifier circuits 6a to 6i, respectively. In the first latch circuit 8, the input voltage Vin has eight voltage sections Vr1 to Vr2, Vr2 to Vr3, and Vr.
.., Vr8 to Vr9 to the upper data processing circuit 13.

【0054】デマルチプレクサ列10は、デマルチプレ
クサ11a〜11iを有する。デマルチプレクサ11a
〜11iは、それぞれ中間保持回路9a〜9iの出力を
受け取り、信号線si1〜si4のうちの1つに選択的
に出力する。
The demultiplexer array 10 has demultiplexers 11a to 11i. Demultiplexer 11a
To 11i receive the outputs of the intermediate holding circuits 9a to 9i, respectively, and selectively output them to one of the signal lines si1 to si4.

【0055】信号線列12は、信号線si1〜si4を
有する。信号線si1〜si4は、中間保持回路9a〜
9iから出力された信号を、それぞれ第2増幅回路15
a〜15dに伝える。
The signal line array 12 has signal lines si1 to si4. The signal lines si1 to si4 are connected to the intermediate holding circuits 9a to 9a.
9i are respectively output to the second amplifier circuit 15
a to 15d.

【0056】上位データ処理回路13は、ラッチ回路8
a〜8iから出力されたデジタル信号を受け取り、上位
のデジタル値にエンコードし、出力する。ここで「上位
のディジタル値」とは、入力信号に対応する最終的に得
られたディジタル値のうちの上位のビットによって表現
される値である。この実施形態においては、上位のディ
ジタル値は、上述の8つの電圧区間のうちの1つを表す
ので、3ビットの情報をもつ。
The upper data processing circuit 13 includes a latch circuit 8
The digital signals output from a to 8i are received, encoded into higher digital values, and output. Here, the “higher digital value” is a value represented by the upper bits of the finally obtained digital value corresponding to the input signal. In this embodiment, the upper digital value has three bits of information because it represents one of the eight voltage intervals described above.

【0057】また上位データ処理回路13は、デマルチ
プレクサ11a〜11iにその動作を制御する信号を出
力する。具体的には、例えば入力された電圧が例えば電
圧Vr3およびVr4の間に位置するときには、電圧V
r2、Vr3、Vr4およびVr5に対応する信号がそ
れぞれ中間保持回路9b、9c、9dおよび9eから信
号線si1、si2、si3およびsi4に出力される
ように、上位データ処理回路13はデマルチプレクサ1
1a〜11iを制御する。
The upper data processing circuit 13 outputs a signal for controlling the operation to the demultiplexers 11a to 11i. Specifically, for example, when the input voltage is located between the voltages Vr3 and Vr4, for example, the voltage V
The upper data processing circuit 13 performs demultiplexing so that signals corresponding to r2, Vr3, Vr4 and Vr5 are output from the intermediate holding circuits 9b, 9c, 9d and 9e to the signal lines si1, si2, si3 and si4, respectively.
1a to 11i are controlled.

【0058】第2増幅回路列14は、第2増幅回路15
a〜15dを有する。第2増幅回路15a〜15dは、
それぞれ信号線si1〜si4に接続されて、デマルチ
プレクサ11a〜11iのうちの4つから出力された信
号を増幅し出力する。
The second amplifier circuit row 14 includes a second amplifier circuit 15
a to 15d. The second amplifier circuits 15a to 15d are:
They are connected to the signal lines si1 to si4, respectively, and amplify and output signals output from four of the demultiplexers 11a to 11i.

【0059】補間回路16は、第3増幅回路17A1〜
17A4と、第3増幅回路17B1〜17B3とを有す
る。第3増幅回路17A1〜17A4は、それぞれ第2
増幅回路15a〜15dから出力された電圧を増幅し、
出力する。第3増幅回路17B1〜17B3は、それぞ
れ、隣接する第2増幅回路15a〜15dの出力電圧を
補間する。
The interpolation circuit 16 includes third amplifier circuits 17A1 to 17A1
17A4 and third amplifier circuits 17B1 to 17B3. The third amplifier circuits 17A1 to 17A4 are connected to the second
Amplify the voltage output from the amplifier circuits 15a to 15d,
Output. The third amplifier circuits 17B1 to 17B3 interpolate the output voltages of the adjacent second amplifier circuits 15a to 15d, respectively.

【0060】第2ラッチ回路18a〜18gは、それぞ
れ第3増幅回路17A1〜17A4および17B1〜1
7B3の出力信号を増幅することによって、ディジタル
信号を出力する。第1ラッチ回路8a〜8iの動作と同
様、このディジタル信号は、Hレベルとして電源電圧V
DDを、LレベルとしてグラウンドレベルVSSをと
る。補間回路16は、例えば入力された電圧が例えば電
圧Vr3およびVr4の間に位置するときには、Vr2
およびVr3の間と、Vr3およびVr4の間と、Vr
4およびVr5の間とをそれぞれ補間する。入力された
信号の電圧が電圧Vr2およびVr3の間に位置すれ
ば、補間回路16は、上位のディジタル値のうちの最下
位ビット(いわゆるキャリービット)として+1を出力
する。逆に入力された信号の電圧が電圧Vr3およびV
r4の間に位置すれば、補間回路16は、上位のディジ
タル値の最下位ビット(いわゆるキャリービット)とし
て−1を出力する。後述するように補間回路において
は、第2増幅回路15からの出力電圧の中点を求める補
間をおこなう。したがって下位のディジタル値は、上述
のキャリービットを除けば1ビットの情報をもつ。
The second latch circuits 18a to 18g are connected to third amplifier circuits 17A1 to 17A4 and 17B1 to 17B1, respectively.
A digital signal is output by amplifying the output signal of 7B3. As in the operation of the first latch circuits 8a to 8i, this digital signal is set to the H level and the power supply voltage V
DD is set to L level to take the ground level VSS. For example, when the input voltage is located between, for example, the voltages Vr3 and Vr4, the interpolation circuit 16 outputs Vr2.
Between Vr3 and Vr3, between Vr3 and Vr4, and Vr
4 and Vr5. If the voltage of the input signal is between the voltages Vr2 and Vr3, the interpolation circuit 16 outputs +1 as the least significant bit (so-called carry bit) of the higher digital values. Conversely, the voltage of the input signal is Vr3 and Vr3.
If it is located between r4, the interpolation circuit 16 outputs -1 as the least significant bit (so-called carry bit) of the higher digital value. As will be described later, the interpolation circuit performs interpolation for finding the midpoint of the output voltage from the second amplification circuit 15. Therefore, the lower digital value has one bit of information except for the carry bit described above.

【0061】クロック発生回路19は、ラッチ回路やデ
マルチプレクサなどにクロックを出力することによっ
て、回路全体の動作を同期させる。下位データ処理回路
20は、補間回路16から出力されたデジタル信号を受
け取り、下位のデジタル値に変換する。演算回路21
は、上位データ処理回路13から出力された上位データ
と、下位データ処理回路20から出力された下位データ
とを受け取り、それぞれのデータを統合する処理をおこ
なうことによって最終的な(つまり全ビットの)A/D
変換されたディジタル値を出力する。クロック入力端子
22は、変換周波数に一致した周波数のクロックを受け
取り、クロック発生回路19に出力する。出力端子23
は、最終的なA/D変換値を出力する。
The clock generation circuit 19 synchronizes the operation of the entire circuit by outputting a clock to a latch circuit, a demultiplexer and the like. The lower data processing circuit 20 receives the digital signal output from the interpolation circuit 16 and converts the digital signal into a lower digital value. Arithmetic circuit 21
Receives the high-order data output from the high-order data processing circuit 13 and the low-order data output from the low-order data processing circuit 20, and performs a process of integrating the respective data to make a final (that is, all bits) data. A / D
Output the converted digital value. The clock input terminal 22 receives a clock having a frequency corresponding to the conversion frequency and outputs the clock to the clock generation circuit 19. Output terminal 23
Outputs the final A / D converted value.

【0062】以下に、本発明によるA/D変換器の動作
をより詳細な回路図と、図8とを参照しながら説明す
る。
The operation of the A / D converter according to the present invention will be described below with reference to a more detailed circuit diagram and FIG.

【0063】図9は、第1増幅回路6の回路図である。
端子aは、電圧Vinをもつアナログ信号を受け取る。
端子bは、抵抗列4からの参照電圧Vrn(n=1、
2、3、…、9)を受け取る。スイッチS1〜S3は、
後述するタイミングでオン・オフすることによって、第
1増幅回路6の動作状態を標本化および増幅のうちの1
つに設定する。端子cは、スイッチS1〜S3のオン・
オフを制御する信号を受け取る。第1増幅回路6によっ
て標本化され、増幅された信号は、端子yから出力され
る。標本化容量24は、入力されたアナログ信号の電圧
に充電することによって標本化をおこなう。反転増幅器
25は、端子aおよびbに入力されたアナログ信号の差
電圧を増幅し出力する。
FIG. 9 is a circuit diagram of the first amplifier circuit 6.
Terminal a receives an analog signal having a voltage Vin.
The terminal b is connected to the reference voltage Vrn (n = 1,
2, 3, ..., 9) are received. Switches S1 to S3 are
By turning on / off at a timing described later, the operating state of the first amplifier circuit 6 is sampled and amplified by one of the following methods.
Set to one. Terminal c is connected to switches S1 to S3.
Receive a signal to control off. The signal sampled and amplified by the first amplifier circuit 6 is output from a terminal y. The sampling capacitor 24 performs sampling by charging to a voltage of an input analog signal. The inverting amplifier 25 amplifies and outputs the difference voltage between the analog signals input to the terminals a and b.

【0064】図10は、スイッチS1〜S3のオン・オ
フと、第1増幅回路6の動作状態(標本化および増幅)
とを示す図である。標本化期間においては、スイッチS
1およびS3はオンであり、スイッチS2はオフであ
る。標本化容量24の容量値をC1とすると、標本化容
量24に蓄積された電荷Q1は次式のようになる。
FIG. 10 shows ON / OFF of the switches S1 to S3 and the operation state of the first amplifier circuit 6 (sampling and amplification).
FIG. During the sampling period, the switch S
1 and S3 are on and switch S2 is off. Assuming that the capacitance value of the sampling capacitor 24 is C1, the charge Q1 stored in the sampling capacitor 24 is expressed by the following equation.

【0065】Q1=C1・(Vin−Va) (式4) ここで、電圧Vinは、スイッチS1がオンからオフに
変化したときの端子aに入力されたアナログ信号電圧の
瞬時値(図10の時刻t1におけるアナログ信号の瞬時
値)である。電圧Vaは、スイッチS3がオンであると
きの反転増幅器25の入力端子(つまり端子B)および
出力端子における電圧である。
Q1 = C1 · (Vin−Va) (Equation 4) Here, the voltage Vin is the instantaneous value of the analog signal voltage input to the terminal a when the switch S1 changes from on to off (see FIG. 10). (An instantaneous value of the analog signal at time t1). The voltage Va is a voltage at the input terminal (that is, the terminal B) and the output terminal of the inverting amplifier 25 when the switch S3 is on.

【0066】増幅状態では、スイッチS1およびS3は
オフであり、スイッチS2はオンである。このとき端子
bには抵抗列4から参照電圧Vrn(n=1、2、3、
…、9)が与えられる。スイッチS3がオフのとき、端
子Bは開放状態(open状態)であり、標本化期間に
おいて蓄積された容量24の電荷Q1は保持される。よ
って端子Bの電圧VBに対して次式が成り立つ。
In the amplification state, switches S1 and S3 are off, and switch S2 is on. At this time, the reference voltage Vrn (n = 1, 2, 3,.
.. 9) are given. When the switch S3 is off, the terminal B is in an open state (open state), and the charge Q1 of the capacitor 24 accumulated during the sampling period is held. Therefore, the following equation holds for the voltage VB of the terminal B.

【0067】Q1=C1・(Vrn−VB) (式5) 式4および式5からQ1を消去して電圧VBについて整
理すると次式のようになる。
Q1 = C1 · (Vrn−VB) (Equation 5) When the Q1 is erased from the equations 4 and 5, and the voltage VB is rearranged, the following equation is obtained.

【0068】VB=Vrn−Vin+Va (式6) 式6からわかるように増幅状態においては、電圧VB
は、スイッチS3がオンのときの端子Bの電圧Vaから
電圧(Vrn−Vin)だけシフトされている。
VB = Vrn−Vin + Va (Equation 6) As can be seen from Equation 6, in the amplification state, the voltage VB
Is shifted by a voltage (Vrn−Vin) from the voltage Va at the terminal B when the switch S3 is on.

【0069】反転増幅器25は、その入力電圧が電圧V
aの近傍にあるとき、電圧利得(−G)(G>>0)を
もつとする。このとき第1増幅回路6の出力電圧Vo1
は次式で表される。
The inverting amplifier 25 has an input voltage V
When it is near a, it is assumed that it has a voltage gain (-G) (G >> 0). At this time, the output voltage Vo1 of the first amplifier circuit 6
Is represented by the following equation.

【0070】 Vo1=−G・(Vrn−Vin)+Va (式7) 上式に表されるように、第1増幅回路6の出力電圧Vo
1は、アナログ信号の電圧Vinと参照電圧Vrnとの
電圧差が利得(−G)で増幅されて、電圧Vaだけシフ
トされている。
Vo1 = −G · (Vrn−Vin) + Va (Formula 7) As expressed by the above formula, the output voltage Vo of the first amplifier circuit 6
In 1, the voltage difference between the voltage Vin of the analog signal and the reference voltage Vrn is amplified by the gain (−G) and shifted by the voltage Va.

【0071】図11は、第1ラッチ回路8および第2ラ
ッチ回路18の回路図である。第1ラッチ回路8および
第2ラッチ回路18は同じ構成をもつので、以下の説明
では、第1ラッチ回路8だけを説明する。第2ラッチ回
路18は、第1ラッチ回路8と同様に機能する。なお以
下の説明で第1ラッチ回路8の参照符号の直後のカッコ
内に示す参照符号は、第2ラッチ回路18の対応する端
子を表す。
FIG. 11 is a circuit diagram of the first latch circuit 8 and the second latch circuit 18. Since the first latch circuit 8 and the second latch circuit 18 have the same configuration, only the first latch circuit 8 will be described below. The second latch circuit 18 functions similarly to the first latch circuit 8. In the following description, reference numerals in parentheses immediately after reference numerals of the first latch circuit 8 represent corresponding terminals of the second latch circuit 18.

【0072】端子d(端子p)は、第1増幅回路6の出
力端子yから出力された信号を受け取る。反転増幅器2
7の入力端子は、反転増幅器26の出力端子から出力さ
れた信号を受け取る。つまり反転増幅器26および27
は、直列接続されることによって非反転増幅器を形成す
る。直列に接続された反転増幅器26および27によっ
て増幅された信号は、端子f(端子r)から出力され
る。スイッチS4およびS5は、後述するタイミングで
オン・オフすることによって、第1ラッチ回路8および
第2ラッチ回路18の動作状態をラッチおよびスルーの
うちの1つに設定する。端子e(端子q)は、スイッチ
S4およびS5のオン・オフを制御する信号を受け取
る。
The terminal d (terminal p) receives the signal output from the output terminal y of the first amplifier circuit 6. Inverting amplifier 2
The input terminal 7 receives the signal output from the output terminal of the inverting amplifier 26. That is, the inverting amplifiers 26 and 27
Form a non-inverting amplifier by being connected in series. The signal amplified by inverting amplifiers 26 and 27 connected in series is output from terminal f (terminal r). The switches S4 and S5 are turned on / off at timings described later, thereby setting the operation states of the first latch circuit 8 and the second latch circuit 18 to one of latch and through. Terminal e (terminal q) receives a signal for controlling on / off of switches S4 and S5.

【0073】図12は、スイッチS4およびS5のオン
・オフと、第1ラッチ回路8および第2ラッチ回路18
の動作状態(ラッチおよびスルー)とを示す図である。
ラッチ期間においては、スイッチS4はオフであり、ス
イッチS5がオンである。このとき反転増幅器26およ
び27で構成された非反転増幅器の入力端子(つまり反
転増幅器26の入力端子)は、出力端子(つまり反転増
幅器27の出力端子)に接続される。また非反転増幅器
の入力端子は、端子dと切り離される。その結果、入力
されたデジタル値は、ラッチ回路8によって保持され
る。
FIG. 12 shows the on / off states of the switches S4 and S5, the first latch circuit 8 and the second latch circuit 18,
FIG. 5 is a diagram showing an operation state (latch and through) of FIG.
During the latch period, the switch S4 is off and the switch S5 is on. At this time, the input terminal of the non-inverting amplifier constituted by the inverting amplifiers 26 and 27 (that is, the input terminal of the inverting amplifier 26) is connected to the output terminal (that is, the output terminal of the inverting amplifier 27). The input terminal of the non-inverting amplifier is disconnected from the terminal d. As a result, the input digital value is held by the latch circuit 8.

【0074】スルー期間においては、スイッチS4はオ
ンであり、スイッチS5がオフである。このとき反転増
幅器26は、端子dから入力された信号を受け取り、増
幅してから反転増幅器27に出力する。さらに反転増幅
器27は、反転増幅器26から出力された信号を増幅し
てから端子fにおいて出力する。端子dに入力された信
号は、反転増幅器26および27によって増幅されるこ
とによって、ディジタル信号に変換される。このディジ
タル信号は、Hレベルとして電源電圧VDDを、Lレベ
ルとしてグラウンドレベルVSSをとる。
In the through period, the switch S4 is on and the switch S5 is off. At this time, the inverting amplifier 26 receives the signal input from the terminal d, amplifies the signal, and outputs the amplified signal to the inverting amplifier 27. Further, the inverting amplifier 27 amplifies the signal output from the inverting amplifier 26 and outputs the amplified signal at the terminal f. The signal input to the terminal d is converted into a digital signal by being amplified by the inverting amplifiers 26 and 27. This digital signal takes the power supply voltage VDD as the H level and the ground level VSS as the L level.

【0075】図13は、中間保持回路9の回路図であ
る。端子Aは、第1増幅回路6の出力端子yからの信号
を受け取る。保持容量28は、端子Aに入力された信号
の電圧を保持する。スイッチS6は、後述するタイミン
グでオン・オフすることによって、中間保持回路9の動
作状態を充電および転送のうちの1つに設定する。端子
Bは、スイッチS6のオン・オフを制御する信号を受け
取る。端子Dは、保持された電圧をもつ信号を出力す
る。
FIG. 13 is a circuit diagram of the intermediate holding circuit 9. The terminal A receives a signal from the output terminal y of the first amplifier circuit 6. The holding capacitor 28 holds the voltage of the signal input to the terminal A. The switch S6 is turned on / off at a timing described later to set the operation state of the intermediate holding circuit 9 to one of charging and transferring. The terminal B receives a signal for controlling on / off of the switch S6. The terminal D outputs a signal having the held voltage.

【0076】図14は、スイッチS6のオン・オフと、
中間保持回路9の動作状態(充電および転送)とを示す
図である。充電期間においては、スイッチS6はオンで
ある。充電期間においては、保持容量28は、第1増幅
回路6から出力された信号の電圧を保持する。転送期間
においては、保持された電圧に対応する電荷が第2増幅
回路15に転送される。この電荷の転送については、後
で詳しく説明する。
FIG. 14 shows ON / OFF of the switch S6,
FIG. 3 is a diagram illustrating an operation state (charging and transfer) of an intermediate holding circuit 9; During the charging period, the switch S6 is on. During the charging period, the holding capacitor 28 holds the voltage of the signal output from the first amplifier circuit 6. In the transfer period, a charge corresponding to the held voltage is transferred to the second amplifier circuit 15. This charge transfer will be described later in detail.

【0077】図15は、デマルチプレクサ11の回路図
である。端子gは、中間保持回路9から出力された信号
を受け取る。スイッチS7〜S10のうちの1つは、排
他的にオンになることによって、入力された信号が選択
的に端子i1〜i4に出力される。端子hは、スイッチ
S7〜10のオン・オフを制御する信号を受け取る。
FIG. 15 is a circuit diagram of the demultiplexer 11. Terminal g receives the signal output from intermediate holding circuit 9. When one of the switches S7 to S10 is exclusively turned on, the input signal is selectively output to the terminals i1 to i4. The terminal h receives a signal for controlling on / off of the switches S7 to S10.

【0078】図16は、スイッチS7〜S10のオン・
オフと、デマルチプレクサ11の導通状態(i1〜i
4)とを示す図である。スイッチS7〜S10がオンで
あるとき、端子gは、それぞれ端子i1〜i4に接続さ
れる。デマルチプレクサ11a〜11iの端子i1〜i
4は、それぞれ信号線si1〜si4に接続されてい
る。
FIG. 16 shows that the switches S7 to S10 are turned on.
OFF and the conduction state of the demultiplexer 11 (i1 to i
4). When the switches S7 to S10 are on, the terminal g is connected to the terminals i1 to i4, respectively. Terminals i1 to i of demultiplexers 11a to 11i
4 are connected to the signal lines si1 to si4, respectively.

【0079】図17は、第2増幅回路15の回路図であ
る。第2増幅回路15a〜15dの端子jは、それぞれ
信号線si1〜si4に接続されている。反転増幅器2
9は、信号線列12を介して端子jにおいてデマルチプ
レクサ11からの出力を受け取る。帰還容量30は、反
転増幅器29の入力端子および出力端子に接続されてい
る。スイッチS11は、帰還容量30の2つの端子に接
続されている。帰還容量30に蓄えられた電荷を放電す
るときには、帰還容量30は、オン状態になる。端子k
は、スイッチS11のオン・オフを制御する信号を受け
取る。端子lは、反転増幅器29の出力端子からの信号
を出力する。
FIG. 17 is a circuit diagram of the second amplifier circuit 15. Terminals j of the second amplifier circuits 15a to 15d are connected to signal lines si1 to si4, respectively. Inverting amplifier 2
9 receives an output from the demultiplexer 11 at a terminal j via a signal line array 12. The feedback capacitor 30 is connected to an input terminal and an output terminal of the inverting amplifier 29. The switch S11 is connected to two terminals of the feedback capacitor 30. When discharging the charge stored in the feedback capacitance 30, the feedback capacitance 30 is turned on. Terminal k
Receives a signal for controlling on / off of the switch S11. The terminal 1 outputs a signal from the output terminal of the inverting amplifier 29.

【0080】図18は、スイッチS11のオン・オフ
と、第2増幅回路15の動作状態(リセットおよび標本
化)とを示す図である。スイッチS11がオンであると
き、帰還容量30が短絡されるために、第2増幅回路1
5はリセット状態になる。すなわちリセット状態におい
ては、反転増幅器29の入力端子および出力端子が短絡
されるときの電圧Vaが端子lから出力される。スイッ
チS11がオフであるとき、帰還容量30には入力され
た電圧に対応する電荷が蓄えられ、標本化がおこなわれ
る。
FIG. 18 is a diagram showing ON / OFF of the switch S11 and an operation state (reset and sampling) of the second amplifier circuit 15. When the switch S11 is ON, the feedback capacitor 30 is short-circuited, so that the second amplifier circuit 1
5 is in a reset state. That is, in the reset state, the voltage Va when the input terminal and the output terminal of the inverting amplifier 29 are short-circuited is output from the terminal l. When the switch S11 is off, the charge corresponding to the input voltage is stored in the feedback capacitor 30, and sampling is performed.

【0081】本発明のA/D変換器における第1増幅回
路6、中間保持回路9、デマルチプレクサ11、信号線
列12および第2増幅回路15の動作を、式7〜式3
5、図8、図19および図22を用いて以下に詳細に説
明する。図19は、図8のうち、第1増幅回路6、中間
保持回路9、デマルチプレクサ11、信号線列12およ
び第2増幅回路15を代表する要素を示す回路図であ
る。図22は、図8に示す回路の要素がおこなう動作の
タイミングを示す図である。図22においては、時間の
経過にしたがって、左から右へ向かう順序で動作が実行
される。
The operations of the first amplifier circuit 6, the intermediate holding circuit 9, the demultiplexer 11, the signal line array 12, and the second amplifier circuit 15 in the A / D converter of the present invention are expressed by the following equations (7) to (3).
This will be described in detail below with reference to FIGS. FIG. 19 is a circuit diagram showing elements representing the first amplifier circuit 6, the intermediate holding circuit 9, the demultiplexer 11, the signal line array 12, and the second amplifier circuit 15 in FIG. FIG. 22 is a diagram showing the timing of the operation performed by the elements of the circuit shown in FIG. In FIG. 22, the operation is performed in order from left to right as time elapses.

【0082】図19において、第1増幅回路6が増幅状
態であるときの第1増幅回路6の端子Aにおける出力電
圧Vo1は、式7に既に示したようにVo1=−G・
(Vrn−Vin)+Va (式7)とかける。第1増
幅回路6が増幅するときは、中間保持回路9は充電状態
(図22を参照)であり、スイッチS6はオンである。
中間保持回路9の保持容量28は、第1増幅回路6の出
力電圧Vo1を充電する。保持容量28の容量値をC2
とすると、保持容量28に蓄えられた電荷Q2は、次式
で表される。
In FIG. 19, when the first amplifier circuit 6 is in the amplification state, the output voltage Vo1 at the terminal A of the first amplifier circuit 6 is Vo1 = −G ·
(Vrn−Vin) + Va (Equation 7) When the first amplifier circuit 6 amplifies, the intermediate holding circuit 9 is in a charged state (see FIG. 22), and the switch S6 is on.
The holding capacitor 28 of the intermediate holding circuit 9 charges the output voltage Vo1 of the first amplifier circuit 6. The capacitance value of the storage capacitor 28 is C2
Then, the charge Q2 stored in the storage capacitor 28 is expressed by the following equation.

【0083】 Q2=C2・(−G・(Vrn−Vin)+Va) (式8) 式8の一部を展開すれば、 Q2=C2・(−G・(Vrn−Vin))+C2・Va (式9) 式9の右辺の第1項および第2項をそれぞれQ2aおよ
びQ2bとおけば、 Q2a=C2・(−G・(Vrn−Vin)) (式10) Q2b=C2・Va (式11) デマルチプレクサ11のスイッチS7がオンであり、ス
イッチS8、S9およびS10がオフであるとき、デマ
ルチプレクサ11の端子gは、信号線列12のうちの信
号線si1に接続される。このとき、中間保持回路9の
スイッチS6はオフである。図8に示すように、信号線
si1、si2、si3およびsi4には、それぞれ9
個のデマルチプレクサが接続される。その結果、スイッ
チS7〜S10と、信号線si1〜si4とがそれぞれ
接続する点には、無視できない大きさの寄生容量が存在
する。図19においては、この寄生容量は、信号線si
1に接続された容量CSとして表現されている。
Q2 = C2 · (−G · (Vrn−Vin) + Va) (Equation 8) By expanding a part of Equation 8, Q2 = C2 · (−G · (Vrn−Vin)) + C2 · Va ( (Equation 9) If the first and second terms on the right side of Equation 9 are Q2a and Q2b, respectively, Q2a = C2 · (−G · (Vrn−Vin)) (Equation 10) Q2b = C2 · Va (Equation 11) When the switch S7 of the demultiplexer 11 is on and the switches S8, S9, and S10 are off, the terminal g of the demultiplexer 11 is connected to the signal line si1 of the signal line array 12. At this time, the switch S6 of the intermediate holding circuit 9 is off. As shown in FIG. 8, signal lines si1, si2, si3, and si4 each have 9 lines.
Demultiplexers are connected. As a result, there is a parasitic capacitance that cannot be ignored at the point where the switches S7 to S10 are connected to the signal lines si1 to si4. In FIG. 19, this parasitic capacitance is
1 is represented as a capacitor CS connected to the capacitor C1.

【0084】第2増幅回路15は、中間保持回路9の保
持容量28に蓄積された電荷Q2aを受け取る。第2増
幅回路15は、電荷Q2aを受け取る動作である標本化
(スイッチS11がオフの状態)をおこなう前に、リセ
ット(スイッチS11がオンの状態)をおこなう。この
リセットをおこなっている期間においては、デマルチプ
レクサ11のスイッチS7〜S10は、すべてオフであ
る待機期間である。したがってリセット期間において
は、端子jの電圧は、第2増幅回路15のスイッチS1
1がオンであるときに出力される電圧Vaに等しい。よ
ってリセット期間に寄生容量CSに蓄えられる電荷QS
rは、次式で表される。
The second amplifier circuit 15 receives the charge Q2a stored in the storage capacitor 28 of the intermediate storage circuit 9. The second amplifier circuit 15 resets (the switch S11 is on) before performing sampling (the switch S11 is off), which is the operation of receiving the charge Q2a. During this reset period, the switches S7 to S10 of the demultiplexer 11 are in a standby period in which all the switches are off. Therefore, during the reset period, the voltage of the terminal j is set to the switch S1
It is equal to the voltage Va output when 1 is on. Therefore, the charge QS stored in the parasitic capacitance CS during the reset period
r is represented by the following equation.

【0085】QSr=CS・Va (式12) さらにリセット期間ではスイッチS11がオンであるの
で、容量30(容量値C3)に充電される電荷Q3rは
ゼロである。
QSr = CS · Va (Equation 12) Since the switch S11 is on during the reset period, the charge Q3r charged in the capacitor 30 (capacitance value C3) is zero.

【0086】Q3r=0 (式13) 第2増幅回路15の標本化期間では、デマルチプレクサ
11のスイッチS7はオンであり、中間保持回路9のス
イッチS6、第2増幅回路15のスイッチS11および
デマルチプレクサのスイッチS8〜S10はオフであ
る。その結果、中間保持回路9の保持容量28に蓄積さ
れた電荷Q2aは、第2増幅回路15に転送される。こ
の電荷が転送されるステップを数式を用いて以下で説明
する。標本化期間における端子jの電圧を(Vj+V
a)とすると、第2増幅回路15の出力電圧Vo2は、
次式で表される。
Q3r = 0 (Equation 13) During the sampling period of the second amplifier circuit 15, the switch S7 of the demultiplexer 11 is on, the switch S6 of the intermediate holding circuit 9, the switch S11 of the second amplifier circuit 15, and the switch S7. The switches S8 to S10 of the multiplexer are off. As a result, the charge Q2a stored in the storage capacitor 28 of the intermediate storage circuit 9 is transferred to the second amplification circuit 15. The step of transferring the charges will be described below using mathematical expressions. The voltage at the terminal j during the sampling period is (Vj + V
a), the output voltage Vo2 of the second amplifier circuit 15 is
It is expressed by the following equation.

【0087】Vo2=−G・Vj+Va (式14) ここで(−G)(G>>0)は、第2増幅回路15の反
転増幅器29の電圧利得である。端子jと端子lとの電
圧差Vjlは、次式のように表される。
Vo2 = −G · Vj + Va (Equation 14) where (−G) (G >> 0) is the voltage gain of the inverting amplifier 29 of the second amplifier circuit 15. The voltage difference Vjl between the terminal j and the terminal l is represented by the following equation.

【0088】 Vjl=(Vj+Va)−Vo2 (式15) 式15に式14を代入すると、 Vjl=(1+G)・Vj (式16) 容量値C3をもつ容量30に蓄えられる電荷Q3hは、
次式のように表される。
Vjl = (Vj + Va) −Vo2 (Equation 15) By substituting Equation 14 into Equation 15, Vjl = (1 + G) · Vj (Equation 16) The electric charge Q3h stored in the capacitor 30 having the capacitance value C3 becomes
It is expressed as the following equation.

【0089】Q3h=C3・Vjl (式17) 式17に式16を代入すると、式18が得られる。Q3h = C3 · Vjl (Expression 17) By substituting Expression 16 into Expression 17, Expression 18 is obtained.

【0090】 Q3h=C3・(1+G)・Vj (式18) 容量値C2をもつ保持容量28に蓄えられる電荷Q2h
は、次式のように表される。
Q3h = C3 · (1 + G) · Vj (Equation 18) Charge Q2h stored in the storage capacitor 28 having the capacitance value C2
Is represented by the following equation.

【0091】 Q2h=C2・(Vj+Va) (式19) 寄生容量CSに蓄えられる電荷QShは、次式のように
表される。
Q2h = C2 · (Vj + Va) (Equation 19) The charge QSh stored in the parasitic capacitance CS is expressed by the following equation.

【0092】 QSh=CS・(Vj+Va) (式20) リセット期間および標本化期間では、容量C2、CSお
よびC3に蓄えられた電荷量が保存されるので次式が成
り立つ。
QSh = CS · (Vj + Va) (Equation 20) In the reset period and the sampling period, the charge amounts stored in the capacitors C2, CS, and C3 are preserved, so the following expression holds.

【0093】 Q2+QSr+Q3r=Q2h+QSh+Q3h (式21) 式21に式9、12、13、18、19および20を代
入して端子jの電圧Vjについて整理すれば次式を得
る。
Q2 + QSr + Q3r = Q2h + QSh + Q3h (Equation 21) Substituting Equations 9, 12, 13, 18, 19 and 20 into Equation 21 and rearranging the voltage Vj at the terminal j gives the following equation.

【0094】[0094]

【数1】 (Equation 1)

【0095】数1の分子と分母をGで割ると、次式が得
られる。
By dividing the numerator of Equation 1 and the denominator by G, the following equation is obtained.

【0096】[0096]

【数2】 (Equation 2)

【0097】ここで、実際の設計の値を考慮すると、次
式が成り立つ。
Here, considering the actual design value, the following equation is established.

【0098】C2,C3,CS<<G (式22) 数2に式22を適用すると、数1は理解しやすい式23
に変形できる。
C2, C3, CS << G (Equation 22) When Equation 22 is applied to Equation 2, Equation 1 is easily understood.
Can be transformed into

【0099】 Vj=−C2/C3・(Vrn−Vin) (式23) すなわち、図19の端子jには式23で表される電圧変
化が伝達される。伝達された信号は、参照電圧Vrnと
アナログ信号Vinとの電圧差を(−C2/C3)倍し
た電圧であり、A/D変換されるべき電圧(Vrn−V
in)に対応する電圧が伝達されている。また式23
は、伝達される電圧Vjが寄生容量CSの影響を受けな
いことを意味する。これは、帰還容量30による反転増
幅器29の負帰還動作によって、図19の端子jの電圧
変化が抑制され、その結果、寄生容量CSへの電荷の充
放電がほとんどおこなわれないことによる。このため第
2増幅回路15は、寄生容量CSの影響を受けることな
く動作ができる。これは本発明による信号伝達回路、信
号伝達方法およびA/D変換器が、従来技術に対して有
する大きな効果である。以上の説明からわかるように、
大きな値をもつ寄生容量CSが信号線si1〜si4上
に存在しても、本発明によれば、信号伝達を効率におこ
なえ、その結果、回路の高速動作が実現できる。端子l
の電圧Vo2は次式で示される。
Vj = −C2 / C3 · (Vrn−Vin) (Expression 23) That is, the voltage change expressed by Expression 23 is transmitted to the terminal j in FIG. The transmitted signal is a voltage obtained by multiplying the voltage difference between the reference voltage Vrn and the analog signal Vin by (−C2 / C3), and the voltage to be A / D converted (Vrn−V)
in) is transmitted. Equation 23
Means that the transmitted voltage Vj is not affected by the parasitic capacitance CS. This is because the negative feedback operation of the inverting amplifier 29 by the feedback capacitor 30 suppresses the voltage change at the terminal j in FIG. 19, and as a result, the charge and discharge of the charge to the parasitic capacitor CS is hardly performed. Therefore, the second amplifier circuit 15 can operate without being affected by the parasitic capacitance CS. This is a great effect that the signal transmission circuit, the signal transmission method, and the A / D converter according to the present invention have over the prior art. As you can see from the above explanation,
According to the present invention, even if the parasitic capacitance CS having a large value exists on the signal lines si1 to si4, signal transmission can be performed efficiently, and as a result, high-speed operation of the circuit can be realized. Terminal l
Is given by the following equation.

【0100】Vo2=−G・Vj+Va (式24) 式24に式23を代入すると次式が得られる。Vo2 = −G · Vj + Va (Expression 24) By substituting Expression 23 into Expression 24, the following expression is obtained.

【0101】 Vo2=G・C2/C3・(Vrn−Vin)+Va (式25) 図20は、第3増幅回路17Aおよび17Bの回路図で
ある。図20は、第3増幅回路17A1、17A2およ
び17B1だけを示すが、第3増幅回路17A3、17
A4、17B2および17B3のブロックも同様の構成
をもつ。
Vo2 = G · C2 / C3 · (Vrn−Vin) + Va (Formula 25) FIG. 20 is a circuit diagram of the third amplifier circuits 17A and 17B. FIG. 20 shows only the third amplifier circuits 17A1, 17A2 and 17B1, but the third amplifier circuits 17A3, 17A
The blocks A4, 17B2 and 17B3 have the same configuration.

【0102】標本化容量31および36は、それぞれ端
子mおよびEにおいて入力された電圧を標本化する。補
間容量33および34は直列に接続されており、その容
量値は等しい。したがって補間容量33および34が接
続された点の電圧は、端子mの電圧および端子Eの電圧
の平均電圧に等しい。反転増幅器32、35および37
は、それぞれ端子mの電圧、端子mおよび端子Eの平均
電圧および端子Eの電圧をそれぞれ受け取り、増幅して
から端子o、FおよびGから出力する。スイッチS12
〜14は、それぞれ反転増幅器32、35および37の
入力端子および出力端子を短絡または開放状態にする。
端子mは、第2増幅回路15の出力端子lに接続されて
おり、端子Eは、端子mに接続された第2増幅回路15
と隣接する第2増幅回路15の出力端子lに接続され
る。端子nは、スイッチS12〜14のオン・オフを制
御する信号を受け取る。
The sampling capacitors 31 and 36 sample the voltages input at the terminals m and E, respectively. The interpolation capacitors 33 and 34 are connected in series, and their capacitance values are equal. Therefore, the voltage at the point where the interpolation capacitors 33 and 34 are connected is equal to the average voltage of the voltage of the terminal m and the voltage of the terminal E. Inverting amplifiers 32, 35 and 37
Respectively receives and amplifies the voltage of the terminal m, the average voltage of the terminal m and the terminal E, and the voltage of the terminal E, and outputs the amplified voltages from the terminals o, F and G. Switch S12
14 sets the input terminals and the output terminals of the inverting amplifiers 32, 35 and 37 to short-circuit or open-circuit, respectively.
The terminal m is connected to the output terminal 1 of the second amplifier circuit 15, and the terminal E is connected to the second amplifier circuit 15 connected to the terminal m.
Is connected to the output terminal 1 of the second amplifier circuit 15 adjacent to. The terminal n receives a signal for controlling on / off of the switches S12 to S14.

【0103】図21は、スイッチS12〜S14のオン
・オフと、第3増幅回路17Aおよび17Bの動作状態
(標本化および増幅)とを示す図である。スイッチS1
2〜S14がオンであるとき、第3増幅回路17Aおよ
び17Bは、入力された信号を標本化する。スイッチS
12〜S14がオフであるとき、第3増幅回路17Aお
よび17Bは、入力信号の電圧と標本化期間に標本化さ
れた電圧との比較をおこなう。以下に第3増幅回路17
Aおよび17Bの動作を詳細に説明する。
FIG. 21 is a diagram showing ON / OFF of the switches S12 to S14 and the operating states (sampling and amplification) of the third amplifier circuits 17A and 17B. Switch S1
When S2 to S14 are on, the third amplifier circuits 17A and 17B sample the input signals. Switch S
When 12 to S14 are off, the third amplifier circuits 17A and 17B compare the voltage of the input signal with the voltage sampled during the sampling period. The third amplifier circuit 17 is described below.
The operation of A and 17B will be described in detail.

【0104】図22を再び参照すれば、第3増幅回路1
7Aおよび17Bのリセット期間(図21においては標
本化期間と示す)においては、前段の第2増幅回路15
もリセット期間である。端子m、Eに入力された電圧
は、第2増幅回路15のスイッチS11がオンのときの
出力電圧Vaである。次に、第3増幅回路17Aおよび
17Bの増幅状態において、端子mおよび端子Eに入力
された電圧をそれぞれ電圧Vo2mおよびVo2Eとす
ると、次式が得られる。
Referring again to FIG. 22, the third amplifier circuit 1
In the reset period of 7A and 17B (shown as a sampling period in FIG. 21), the second amplification circuit 15
Is also the reset period. The voltage input to the terminals m and E is the output voltage Va when the switch S11 of the second amplifier circuit 15 is on. Next, when the voltages input to the terminals m and E in the amplification states of the third amplifier circuits 17A and 17B are voltages Vo2m and Vo2E, respectively, the following equations are obtained.

【0105】 Vo2m=G・C2/C3・(Vrn−Vin)+Va (式26) Vo2E=G・C2/C3・(Vr(n+1)−Vin)+Va (式27 ) ここで、電圧VrnおよびVr(n+1)は、隣接する
抵抗列4からの参照電圧である。電圧Vo2mおよびV
o2Eは、第1増幅回路6における参照電圧に対応す
る。よって第3増幅回路17A1の出力電圧Vo3oお
よび第3増幅回路17A2の出力電圧Vo3Gは、式7
を参照すれば、次式が得られる。
Vo2m = G · C2 / C3 · (Vrn−Vin) + Va (Equation 26) Vo2E = G · C2 / C3 · (Vr (n + 1) −Vin) + Va (Equation 27) Here, the voltages Vrn and Vr ( (n + 1) is a reference voltage from the adjacent resistor string 4. Voltages Vo2m and V
o2E corresponds to the reference voltage in the first amplifier circuit 6. Therefore, the output voltage Vo3o of the third amplifier circuit 17A1 and the output voltage Vo3G of the third amplifier circuit 17A2 are expressed by the following equation (7).
, The following equation is obtained.

【0106】 Vo1=−G・(Vrn−Vin)+Va (式7) Vo3o=−G・(Vo2m−Va)+Va (式28) Vo3G=−G・(Vo2E−Va)+Va (式29) 式26および式27をそれぞれ代入すると、次式が得ら
れる。
Vo1 = −G · (Vrn−Vin) + Va (Formula 7) Vo3o = −G · (Vo2m−Va) + Va (Formula 28) Vo3G = −G · (Vo2E−Va) + Va (Formula 29) Formula 26 By substituting Equation 27 and Equation 27, the following equation is obtained.

【0107】 Vo3o=−G・G・C2/C3・(Vrn−Vin)+Va (式30) Vo3G=−G・G・C2/C3・(Vr(n+1)−Vin)+Va ( 式31) 容量33および容量34の容量値は等しいので、端子F
の電圧は、端子oの電圧と端子Gの電圧との中間値に等
しい。よって端子Fにおける出力電圧Vo3Fは、次式
で表される。
Vo3o = −G · G · C2 / C3 · (Vrn−Vin) + Va (Equation 30) Vo3G = −G · G · C2 / C3 · (Vr (n + 1) −Vin) + Va (Equation 31) Capacity 33 And the capacitance of the capacitor 34 are equal, so that the terminal F
Is equal to an intermediate value between the voltage of the terminal o and the voltage of the terminal G. Therefore, the output voltage Vo3F at the terminal F is expressed by the following equation.

【0108】 Vo3F=(Vo3o+Vo3G)/2 (式32) 式30および31を代入すると、次式が得られる。Vo3F = (Vo3o + Vo3G) / 2 (Expression 32) By substituting Expressions 30 and 31, the following expression is obtained.

【0109】 Vo3F=−G・G・C2/C3・((Vrn+Vr(n+1))/2−V in)+Va (式33) 式33を式30および式31と比較すると、図20の回
路によれば、隣接する参照電圧VrnおよびVr(n+
1)の中間の参照電圧((Vrn+Vr(n+1))/
2)を得ることができるので、A/D変換のデータ(つ
まりA/D変換の解像度)を増すことができる。第3増
幅回路17Aおよび17Bから出力される電圧Vo3
o、Vo3GおよびVo3Fは、第2ラッチ回路18
(図8および図11を参照)によって、デジタル値に変
換される。第2ラッチ回路18から出力されたデジタル
値は、下位データ処理回路20(図8を参照)によって
下位デジタル値にエンコードされる。
Vo3F = −G · G · C2 / C3 · ((Vrn + Vr (n + 1)) / 2−Vin) + Va (Equation 33) When Expression 33 is compared with Expressions 30 and 31, the circuit shown in FIG. For example, adjacent reference voltages Vrn and Vr (n +
1) intermediate reference voltage ((Vrn + Vr (n + 1)) /
Since 2) can be obtained, the data of A / D conversion (that is, the resolution of A / D conversion) can be increased. Voltage Vo3 output from third amplifier circuits 17A and 17B
o, Vo3G and Vo3F are connected to the second latch circuit 18
(See FIG. 8 and FIG. 11). The digital value output from the second latch circuit 18 is encoded into a lower digital value by the lower data processing circuit 20 (see FIG. 8).

【0110】本実施形態においては、下位データ処理回
路20は、キャリービットとして+1、0および−1を
演算回路21に出力する。これにより例えば電圧Vin
が電圧Vr3よりもわずかに大きい(ただしVr1>V
r9)ときに、電圧Vinが電圧Vr3およびVr4の
間に位置するという誤った結果が上位データ処理回路1
3によって出力されたときであっても、キャリービット
によって誤差を修正できるという効果を有する。演算回
路21は、上位のディジタル値、下位のディジタル値お
よびキャリービットに基づいて、変換された全ビットを
もつ(ここでは上位3ビット、下位1ビットの合計4ビ
ット)最終的なディジタル値を端子23に出力する。ク
ロック発生回路19は、前述した各回路ブロックに供給
されるクロック信号を供給する。
In the present embodiment, the lower data processing circuit 20 outputs +1, 0 and −1 to the arithmetic circuit 21 as carry bits. Thereby, for example, the voltage Vin
Is slightly larger than the voltage Vr3 (where Vr1> V
r9), an erroneous result that the voltage Vin is located between the voltages Vr3 and Vr4 indicates that the upper data processing circuit 1
3, the error can be corrected by the carry bit. The arithmetic circuit 21 outputs a final digital value having all bits converted based on the upper digital value, the lower digital value, and the carry bit (here, the upper 3 bits and the lower 1 bit in total, 4 bits). 23. The clock generation circuit 19 supplies a clock signal supplied to each circuit block described above.

【0111】再び図22を参照する。図22のタイミン
グチャートに示す動作は、それぞれ1クロックの周期に
相当する時間(以下、1クロック期間という)で実行さ
れるとすると、変換周期は、2クロック期間に等しい。
すなわちある時刻に入力されたアナログ信号をディジタ
ル信号に変換するためには、2クロック期間しか必要で
はない。これは、本発明のA/D変換器によれば、第1
増幅回路6、第1ラッチ回路8、上位データ処理回路1
3、中間保持回路9、デマルチプレクサ11、第2増幅
回路15、第3増幅回路17Aおよび17B、第2ラッ
チ回路18および下位データ処理回路20は、それぞれ
2クロック期間で、パイプライン的な処理をおこなうこ
とによる。その結果、本発明によれば、低消費電力で、
かつ高速なA/D変換をおこなうことができる。
Referring back to FIG. Assuming that the operations shown in the timing chart of FIG. 22 are executed in a time corresponding to one clock cycle (hereinafter referred to as one clock period), the conversion cycle is equal to two clock periods.
That is, only two clock periods are required to convert an analog signal input at a certain time into a digital signal. This is because, according to the A / D converter of the present invention, the first
Amplifying circuit 6, first latch circuit 8, high-order data processing circuit 1
3. The intermediate holding circuit 9, the demultiplexer 11, the second amplifier circuit 15, the third amplifier circuits 17A and 17B, the second latch circuit 18, and the lower data processing circuit 20 perform pipeline processing in two clock periods. It depends on what you do. As a result, according to the present invention, with low power consumption,
In addition, high-speed A / D conversion can be performed.

【0112】第1増幅回路6は、標本化および増幅の2
クロック期間において、参照電圧と入力電圧との差に対
応する電圧を出力する。第1ラッチ回路8は、スルーお
よびラッチの2クロック期間において、第1増幅回路6
から受け取った信号をディジタル値に変換して上位デー
タ処理回路13に出力する。上位データ処理回路13
は、第1ラッチ回路8からのディジタル値に基づいて、
入力電圧Vinの近傍の4つの参照電圧に対応する信号
が中間保持回路9から信号線si1〜si4に出力され
るように、デマルチプレクサ11を制御する。例えば電
圧Vinが電圧Vr3と電圧Vr4との間に位置すれ
ば、信号線si1〜si4に中間保持回路9b〜9eか
らの出力が選択的に供給されるようにデマルチプレクサ
11を制御する。上位データ処理回路13が出力した上
位のディジタル値は、さらに1クロック期間後に出力さ
れる下位データ処理回路20が出力した下位のディジタ
ル値と組み合わされて最終的な全ビットをもつディジタ
ル値となる。
The first amplifier circuit 6 performs sampling and amplification.
During the clock period, a voltage corresponding to the difference between the reference voltage and the input voltage is output. The first latch circuit 8 controls the first amplifier circuit 6 in two clock periods of through and latch.
Is converted into a digital value and output to the upper data processing circuit 13. Upper data processing circuit 13
Is based on the digital value from the first latch circuit 8,
The demultiplexer 11 is controlled such that signals corresponding to the four reference voltages near the input voltage Vin are output from the intermediate holding circuit 9 to the signal lines si1 to si4. For example, if the voltage Vin is located between the voltage Vr3 and the voltage Vr4, the demultiplexer 11 is controlled so that the output from the intermediate holding circuits 9b to 9e is selectively supplied to the signal lines si1 to si4. The high-order digital value output by the high-order data processing circuit 13 is combined with the low-order digital value output by the low-order data processing circuit 20 which is output after one clock period, to become a final digital value having all bits.

【0113】中間保持回路9は、まず第1増幅回路6か
らの出力を充電する。次に第1ラッチ回路8がラッチ状
態のクロック期間において、デマルチプレクサ11を介
して第2増幅回路15に電荷を転送する。第2増幅回路
15は、デマルチプレクサ11が選択状態のクロック期
間において、中間保持回路9から出力された電圧を受け
取り、標本化する。第3増幅回路17Aおよび17B
は、標本化された電圧を受け取り、増幅する。第2ラッ
チ回路18は、第3増幅回路17Aおよび17Bによっ
て増幅された電圧をディジタル値に変換し、ラッチ状態
において下位データ処理回路20に出力する。下位デー
タ処理回路20が演算のクロック期間において、上位デ
ータ処理回路13からの上位のディジタル値および下位
データ処理回路20からの下位のディジタル値が得られ
るので全ビットをもつ最終的なディジタル値を演算する
ことができる。図22からわかるように、入力アナログ
信号と出力ディジタル信号とのタイムラグは、5クロッ
ク期間であるが、それぞれの回路要素の動作は、2クロ
ック期間で完結する。
First, the intermediate holding circuit 9 charges the output from the first amplifier circuit 6. Next, during the clock period in which the first latch circuit 8 is in the latch state, the charge is transferred to the second amplifier circuit 15 via the demultiplexer 11. The second amplifier circuit 15 receives and samples the voltage output from the intermediate holding circuit 9 during the clock period when the demultiplexer 11 is in the selected state. Third amplifier circuits 17A and 17B
Receives and amplifies the sampled voltage. The second latch circuit 18 converts the voltage amplified by the third amplifier circuits 17A and 17B into a digital value, and outputs the digital value to the lower data processing circuit 20 in the latch state. The lower-order data processing circuit 20 obtains a higher-order digital value from the upper-order data processing circuit 13 and a lower-order digital value from the lower-order data processing circuit 20 during the operation clock period, and thus calculates the final digital value having all bits. can do. As can be seen from FIG. 22, the time lag between the input analog signal and the output digital signal is 5 clock periods, but the operation of each circuit element is completed in 2 clock periods.

【0114】なお以上、説明した実施形態においては、
上位のディジタル値が3ビットの情報をもち、下位のデ
ィジタル値が1ビットの情報をもつとしたがこれには限
られない。
In the embodiments described above,
Although the upper digital value has 3-bit information and the lower digital value has 1-bit information, the present invention is not limited to this.

【0115】(実施形態3)以下に本発明の信号伝達回
路をシミュレーションによって従来技術による信号伝達
回路と比較した結果を説明する。
(Embodiment 3) The result of comparing the signal transmission circuit of the present invention with the signal transmission circuit of the prior art by simulation will be described below.

【0116】図24は、本発明の信号伝達回路の回路図
である。駆動回路242は、入力信号源241から信号
を受け取り、増幅してスイッチ248の一方の端子に出
力する。保持状態のとき、スイッチ248およびスイッ
チ2414がオンであり、スイッチ249がオフであ
り、それにより容量C0は、入力信号源241の出力に
対応する電荷を保持する。転送状態のとき、スイッチ2
49がオンであり、スイッチ248およびスイッチ24
14がオフであり、それにより容量C0に保持された電
荷は、信号線243を介してインバータ2416の入力
端子に転送される。インバータ2416の入力端子およ
び出力端子には、スイッチ2414および帰還容量24
15が接続されており、それにより入力端子に与えられ
た信号を増幅して被駆動回路244に出力する。このと
き帰還容量2415の容量Cfをインバータ2416の
利得で乗算した値にほぼ等しい等価的な容量が、インバ
ータ2416の入力端子とグラウンドとの間に接続され
ているとみなされる。
FIG. 24 is a circuit diagram of the signal transmission circuit of the present invention. The drive circuit 242 receives a signal from the input signal source 241, amplifies the signal, and outputs the amplified signal to one terminal of the switch 248. In the holding state, the switches 248 and 2414 are on and the switch 249 is off, so that the capacitor C0 holds the charge corresponding to the output of the input signal source 241. When in transfer state, switch 2
49 is on, switch 248 and switch 24
14 is off, and the charge held in the capacitor C0 is transferred to the input terminal of the inverter 2416 via the signal line 243. The input terminal and the output terminal of the inverter 2416 include a switch 2414 and a feedback capacitor 24.
15 is connected, and amplifies the signal given to the input terminal and outputs the amplified signal to the driven circuit 244. At this time, an equivalent capacitance substantially equal to a value obtained by multiplying the capacitance Cf of the feedback capacitance 2415 by the gain of the inverter 2416 is regarded as being connected between the input terminal of the inverter 2416 and the ground.

【0117】図25は、図24に示す信号伝達回路にお
けるスイッチ248、249、2414の動作タイミン
グ、および被駆動回路244の入力電圧の変化を示す図
である。保持1の期間において、スイッチ2414はオ
ン状態であり、インバータ2416の入出力端子は等し
い電圧値Vaに固定される。このとき帰還容量2415
は電荷を蓄積しない。
FIG. 25 is a diagram showing operation timings of switches 248, 249 and 2414 in the signal transmission circuit shown in FIG. 24, and changes in input voltage of driven circuit 244. In the period of holding 1, the switch 2414 is in an on state, and the input / output terminal of the inverter 2416 is fixed at the same voltage value Va. At this time, the feedback capacity 2415
Does not accumulate charge.

【0118】次に転送1の期間に入ると、スイッチ24
14はオフ状態に変化する。このとき保持容量2410
は蓄積していた電荷量に応じてスイッチ249を介して
容量C1および帰還容量2415に電荷が分配される。
インバータ2416の利得の絶対値|A|が1よりもじ
ゅうぶん大きい場合には、信号線243の容量C1の値
が支配的でなくなり、インバータ2416の出力電圧と
電圧Vaとの差は、容量C0およびCfの比によって制
御することが可能になる。
Next, in the period of transfer 1, the switch 24
14 changes to the off state. At this time, the storage capacity 2410
The charge is distributed to the capacitor C1 and the feedback capacitor 2415 via the switch 249 according to the accumulated charge amount.
When the absolute value | A | of the gain of inverter 2416 is much larger than 1, the value of capacitance C1 of signal line 243 is not dominant, and the difference between the output voltage of inverter 2416 and voltage Va is the difference between capacitance C0 and voltage Va. It becomes possible to control by the ratio of Cf.

【0119】上述のように、図24の信号伝達回路にお
いては、被駆動回路244に入力される入力電圧および
基準電圧の差電圧を増幅することが可能であり、さらに
インバータ2416の利得、および保持容量C0および
帰還容量2415の容量比を任意に設定することにより
増幅度を制御できる。
As described above, in the signal transmission circuit of FIG. 24, it is possible to amplify the difference voltage between the input voltage input to driven circuit 244 and the reference voltage. The amplification degree can be controlled by arbitrarily setting the capacitance ratio between the capacitance C0 and the feedback capacitance 2415.

【0120】図26は、図24に示す本発明の信号伝達
回路の出力電圧の波形と、図27に示す従来の信号伝達
回路を出力電圧の波形とを示す図である。いずれの波形
もシミュレーションにより求められている。図27は、
従来技術による信号伝達回路の構成を示す図である。駆
動回路272は、入力信号源271からの出力を受け取
り増幅して、選択スイッチ276の一方の端子に出力す
る。被駆動回路274は、選択スイッチ276に接続さ
れた信号線273を介して信号を受け取る。信号線27
3とグラウンドとの間には寄生容量2718が存在して
いる。
FIG. 26 is a diagram showing the output voltage waveform of the signal transmission circuit of the present invention shown in FIG. 24 and the output voltage waveform of the conventional signal transmission circuit shown in FIG. Both waveforms are obtained by simulation. FIG.
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a signal transmission circuit according to a conventional technique. The drive circuit 272 receives and amplifies the output from the input signal source 271 and outputs the amplified signal to one terminal of the selection switch 276. The driven circuit 274 receives a signal via a signal line 273 connected to the selection switch 276. Signal line 27
Parasitic capacitance 2718 exists between 3 and ground.

【0121】図28は、図27の従来の信号伝達回路の
選択スイッチの選択状態と、被駆動回路274の入力電
圧とを示す図であって、横軸は時間を示す。図28にお
いて、選択スイッチ276がオンである選択状態2にお
いて、被駆動回路274の入力電圧が電圧V1からV2
へとΔVだけ上昇する。スイッチ276が選択状態3で
オフになると被駆動回路274の入力電圧は電圧V3に
収束する。
FIG. 28 is a diagram showing the selection state of the selection switch of the conventional signal transmission circuit of FIG. 27 and the input voltage of the driven circuit 274, and the horizontal axis shows time. In FIG. 28, in the selection state 2 in which the selection switch 276 is on, the input voltage of the driven circuit 274 changes from the voltage V1 to the voltage V2.
To ΔV. When the switch 276 is turned off in the selection state 3, the input voltage of the driven circuit 274 converges to the voltage V3.

【0122】またシミュレーションによって得られた本
発明の消費電流およびセトリング時間を従来技術による
ものと比較するために表1に示す。
Table 1 shows the current consumption and settling time of the present invention obtained by simulation in comparison with those of the prior art.

【0123】[0123]

【表1】 [Table 1]

【0124】本発明による信号伝達回路と従来技術によ
るものとで消費電流がほぼ同等である場合には、本発明
の信号伝達回路は、従来技術による回路に比べてセトリ
ング時間が約1/3に短縮される。
When the current consumption of the signal transmission circuit according to the present invention is substantially equal to that of the signal transmission circuit according to the prior art, the signal transmission circuit according to the present invention has a settling time which is about 1 / that of the circuit according to the prior art. Be shortened.

【0125】なお本実施の形態においては、インバータ
2416の構成および帰還容量2415の容量値は任意
である。また、本実施の形態におけるスイッチ248、
249、2414の動作タイミングは、信号伝達回路の
動作を損なわない範囲において任意のタイミングで動作
させることが可能である。
In the present embodiment, the configuration of inverter 2416 and the capacitance of feedback capacitor 2415 are arbitrary. Further, the switch 248 in the present embodiment,
The operation timings of 249 and 2414 can be operated at arbitrary timings as long as the operation of the signal transmission circuit is not impaired.

【0126】(実施形態4)図29は、本発明による信
号伝達回路を用いた固体撮像素子の回路図である。図2
9において、291は光を電荷に変換するダイオード
(いわゆるフォトダイオード)、292および295は
寄生ダイオード、293はスイッチである。ダイオード
291の陽極(アノード)はスイッチ293の一方の端
子に接続されていて、負極(カソード)はノードAに接
続されている。スイッチ293の他方の端子は定電圧V
aに接続されている。寄生ダイオード295の陽極(ア
ノード)は定電圧Aに接続され、負極(カソード)はノ
ードAに接続されている。スイッチ293、ダイオード
291および292によって光を検出する画像素子29
4を構成している。図29の構成例では、ダイオード2
91およびスイッチ293に加えて、寄生ダイオード2
92を加えた構成を画像素子294とし、ノードAと定
電圧Aとの間にも寄生ダイオード295を考慮する。こ
れらの寄生ダイオードを考慮するのは、画像素子294
をMOSトランジスタで構成する場合に生じるからであ
る。
(Embodiment 4) FIG. 29 is a circuit diagram of a solid-state imaging device using a signal transmission circuit according to the present invention. FIG.
In 9, 291 is a diode (so-called photodiode) for converting light into electric charges, 292 and 295 are parasitic diodes, and 293 is a switch. The anode (anode) of the diode 291 is connected to one terminal of the switch 293, and the negative electrode (cathode) is connected to the node A. The other terminal of the switch 293 has a constant voltage V
a. The anode (anode) of the parasitic diode 295 is connected to the constant voltage A, and the negative electrode (cathode) is connected to the node A. Image element 29 for detecting light by switch 293 and diodes 291 and 292
4. In the configuration example of FIG.
91 and the switch 293, the parasitic diode 2
The configuration obtained by adding 92 is defined as an image element 294, and the parasitic diode 295 is also considered between the node A and the constant voltage A. Considering these parasitic diodes, the image element 294
Is formed when MOS transistors are used.

【0127】図29のダイオード291は、逆バイアス
による接合容量を寄生容量として含んでおり、これが図
1のC0に対応する。ノードAに接続されている配線の
容量およびダイオード295の寄生容量は、図1の容量
C1に対応する。インバータ296、スイッチ297お
よび容量298は、図5のインバータ202、スイッチ
206および容量204にそれぞれ対応する。したがっ
て図1を参照して説明した関係C0<<(C1+C2)
およびC1<C2がなりたつことが好ましいことは、本
実施形態においてもあてはまる。また本実施形態におい
ては、その入力端子および出力端子に容量298が接続
されたインバータ296が使われるが、この代わりに図
6に示す可変容量を用いてもよい。
The diode 291 in FIG. 29 includes a junction capacitance due to reverse bias as a parasitic capacitance, which corresponds to C0 in FIG. The capacitance of the wiring connected to the node A and the parasitic capacitance of the diode 295 correspond to the capacitance C1 in FIG. Inverter 296, switch 297, and capacitor 298 correspond to inverter 202, switch 206, and capacitor 204 in FIG. 5, respectively. Therefore, the relationship C0 << (C1 + C2) described with reference to FIG.
The fact that it is preferable that C1 <C2 also holds true in the present embodiment. In the present embodiment, an inverter 296 having a capacitor 298 connected to its input terminal and output terminal is used. Alternatively, a variable capacitor shown in FIG. 6 may be used.

【0128】5つの画像素子294の出力端子292は
共通(ノードA)に接続されて、インバータ296の入
力端子に接続されている。5つの画像素子294の出力
端子292も共通に定電圧Aに接続されている。5つの
画像素子294のそれぞれのスイッチ293は走査回路
299の出力信号L1〜L5によって開閉制御されてい
る。インバータ296の入出力端子間に接続されたスイ
ッチ297は走査回路299の出力信号L0によって開
閉制御されている。5つの画像素子294を面配置の第
1行画像素子群29G1とする。第2行および第3行画
像素子群29G2および29G3は、第1行画像素子群
29G1と同じ構成なので詳細な説明は省略する。
The output terminals 292 of the five image elements 294 are connected to the common (node A) and are connected to the input terminal of the inverter 296. The output terminals 292 of the five image elements 294 are also connected to the constant voltage A in common. The switches 293 of the five image elements 294 are controlled to open and close by output signals L1 to L5 of the scanning circuit 299. The switch 297 connected between the input and output terminals of the inverter 296 is controlled to open and close by the output signal L0 of the scanning circuit 299. The five image elements 294 are referred to as a first row image element group 29G1 arranged in a plane. The second and third row image element groups 29G2 and 29G3 have the same configuration as the first row image element group 29G1, and a detailed description thereof will be omitted.

【0129】光学レンズによる像は行と列に配列された
各画像素子294に蓄積された電荷を読み出すことによ
って電気信号に変換する。像は各画像素子294に対応
する電気信号に変換されるわけである。言い換えれば、
各画像素子294を構成する光を検出するダイオード2
91に蓄積された電荷を電圧変換することにより、画像
の電気信号への変換を実現できる。
The image formed by the optical lens is converted into an electric signal by reading out the electric charge stored in each image element 294 arranged in rows and columns. The image is converted into an electrical signal corresponding to each image element 294. In other words,
Diode 2 for detecting light constituting each image element 294
The voltage conversion of the electric charge accumulated in 91 can realize conversion of an image into an electric signal.

【0130】以下は、動作についての説明である。各画
像素子294のスイッチ293の開閉動作とインバータ
296の入出力端子間に接続されたスイッチ297の開
閉は走査回路299によって制御されている。図30
は、走査回路299の制御手順を示すタイミングチャー
トである。以下にこの制御手順を図30を参照して説明
する。
The following is a description of the operation. The opening and closing operation of the switch 293 of each image element 294 and the opening and closing of the switch 297 connected between the input and output terminals of the inverter 296 are controlled by the scanning circuit 299. FIG.
9 is a timing chart showing a control procedure of the scanning circuit 299. The control procedure will be described below with reference to FIG.

【0131】基本クロックは走査回路299の入力端子
2910に入力され、この基本クロックから走査回路2
99によって走査クロックL0〜L5が出力される。ク
ロック信号L0はスイッチ297の制御信号であり、ク
ロック信号L1〜L5は列配置の各画像素子を構成する
スイッチ293の制御信号である。スイッチ297を制
御するクロック信号L0はハイレベルのとき閉状態(O
N)であり、ローレベルのとき開状態(OFF)を表
す。クロック信号L1〜L5はローレベルのとき閉状態
(ON)であり、ハイレベルのとき開状態(OFF)を
表している。
The basic clock is input to the input terminal 2910 of the scanning circuit 299.
At 99, the scan clocks L0 to L5 are output. The clock signal L0 is a control signal for the switch 297, and the clock signals L1 to L5 are control signals for the switches 293 forming each image element arranged in a row. When the clock signal L0 that controls the switch 297 is at a high level,
N), and indicates an open state (OFF) when at the low level. The clock signals L1 to L5 are in a closed state (ON) when at a low level, and are in an open state (OFF) when at a high level.

【0132】第1の期間では、第1列の画像素子294
を構成している光を検出するダイオード291に蓄積さ
れた電荷量を初期化することが目的である。この期間に
おいてスイッチ297は閉状態で反転増幅回路の入力端
子と出力端子間は短絡されて反転増幅回路の出力端子か
らはバイアス電圧Vbが出力される。
In the first period, the image elements 294 in the first column
The purpose is to initialize the amount of charge accumulated in the diode 291 that detects the light constituting. During this period, the switch 297 is closed, the input terminal and the output terminal of the inverting amplifier circuit are short-circuited, and the output terminal of the inverting amplifier circuit outputs the bias voltage Vb.

【0133】クロック信号L1は第1列のスイッチ29
3を閉状態にするのでダイオード291は定電圧Vaに
接続される。ここで、定電圧Vaはバイアス電圧Vbよ
りも低い電圧でダイオード291と寄生ダイオード29
2および295を十分に逆方向にバイアスできるとす
る。ダイオード291は逆方向にバイアスされているの
でp-n接合面では空乏層が発達する。空乏層は電気伝
導率が低いためにp領域とn領域間は容量となる。この
容量を空乏層容量と呼ぶ。空乏層容量値はスイッチ29
3が閉状態では定電圧Vaとバイアス電圧Vbの電圧差
によって決定される値Cd1となり、この空乏層容量に
蓄積される電荷量はQ1=Cd1・(Vb−Va)とす
る。
The clock signal L1 is supplied to the switch 29 in the first column.
3, the diode 291 is connected to the constant voltage Va. Here, the constant voltage Va is a voltage lower than the bias voltage Vb, and is a voltage lower than the bias voltage Vb.
Assume that 2 and 295 can be sufficiently biased in the reverse direction. Since the diode 291 is biased in the reverse direction, a depletion layer develops at the pn junction. Since the depletion layer has low electric conductivity, the depletion layer functions as a capacitance between the p region and the n region. This capacitance is called a depletion layer capacitance. The depletion layer capacitance is determined by switch 29
When 3 is in the closed state, it becomes a value Cd1 determined by the voltage difference between the constant voltage Va and the bias voltage Vb, and the charge amount stored in the depletion layer capacitance is Q1 = Cd1 · (Vb−Va).

【0134】第2〜第9の期間では、第1列の画像素子
を構成するダイオード291は光のエネルギーを電荷量
に変換して蓄積することを目的とする。この期間におい
てクロック信号L1は第1列の画像素子を構成するスイ
ッチ293を開状態とする。このとき、光のエネルギー
(hν:hはプランク定数、νは光の振動数)はダイオ
ード291のp-n接合面にある空乏層に存在する原子
核に束縛されている電子を励起する。この励起された電
子の個数は光のエネルギー(hν)の増大に対して増大
する。励起現象はp領域における空乏層では正孔を発生
させ、n領域における空乏層では電子を発生させること
となる。正孔はp領域に蓄積され電子はn領域に蓄積さ
れる。これは光のエネルギー(hν)によって発生した
電荷であり、この電荷量をΔqとする。この時点での、
空乏層容量に蓄積された電荷量は(Q1+Δq)であ
る。
In the second to ninth periods, the purpose of the diode 291 constituting the image element in the first column is to convert light energy into a charge amount and store the charge amount. During this period, the clock signal L1 causes the switches 293 forming the image elements in the first column to be in an open state. At this time, the energy of light (hν: h is Planck's constant, ν is the frequency of light) excites electrons bound to nuclei existing in a depletion layer on the pn junction surface of the diode 291. The number of excited electrons increases with an increase in light energy (hv). The excitation phenomenon causes holes to be generated in the depletion layer in the p region and electrons to be generated in the depletion layer in the n region. Holes are accumulated in the p region and electrons are accumulated in the n region. This is a charge generated by light energy (hν), and the amount of this charge is defined as Δq. At this point,
The charge amount stored in the depletion layer capacitance is (Q1 + Δq).

【0135】第10の期間では、第1列の画像素子を構
成するダイオード291に蓄積された電荷量Δqをイン
バータ296の入出力端子に接続された容量298に転
送し電圧として出力することを目的としている。この期
間では、スイッチ297は開状態でスイッチ293は閉
状態となり、ダイオード291の陽極が定電圧Vaに接
続される。インバータ296の負帰還動作により端子A
はスイッチ297が開放状態ではあるがバイアス電圧V
bからほとんど変化しない。インバータ296の負帰還
動作によってダイオード291に与えられる電圧はほぼ
(Vb−Va)となり、空乏層容量は値がCd1にな
り、蓄積された電荷がQ1にもどる。その結果、先の期
間(第2〜第9の期間)に光のエネルギー(hν)によ
って蓄積された電荷Δqは容量298に移動する。
In the tenth period, the object is to transfer the amount of electric charge Δq accumulated in the diode 291 constituting the image element of the first column to the capacitor 298 connected to the input / output terminal of the inverter 296 and to output it as a voltage. And During this period, the switch 297 is open and the switch 293 is closed, and the anode of the diode 291 is connected to the constant voltage Va. Due to the negative feedback operation of the inverter 296, the terminal A
Means that the switch 297 is open but the bias voltage V
There is almost no change from b. The voltage applied to the diode 291 by the negative feedback operation of the inverter 296 becomes substantially (Vb-Va), the value of the depletion layer capacitance becomes Cd1, and the accumulated charge returns to Q1. As a result, the electric charge Δq accumulated by the light energy (hν) in the previous period (second to ninth periods) moves to the capacitor 298.

【0136】ここで、第2〜第9の期間に寄生ダイオー
ド292にある空乏層は遮蔽されていて光は入らないた
め、この空乏層には新たな電荷は発生していない。さら
に、寄生ダイオード295にある空乏層も遮蔽されてお
り、光による新たな電荷は発生しない。しかも、寄生ダ
イオード295の両端の電圧差がほとんど変化しないた
めに存在する電荷は容量298にはほとんど移動しな
い。
Here, during the second to ninth periods, the depletion layer in the parasitic diode 292 is shielded and does not enter light, so that no new charge is generated in this depletion layer. Further, the depletion layer in the parasitic diode 295 is also shielded, and no new charge is generated by light. In addition, since the voltage difference between both ends of the parasitic diode 295 hardly changes, the existing charges hardly move to the capacitor 298.

【0137】したがって、この第10の期間ではダイオ
ード291に蓄積された電荷Δqのみが容量298に転
送される。この転送された電荷Δqは容量298の容量
値C2によって電圧Vo=Δq/C2(ただし、インバ
ータ296の電圧利得は十分に大きいとする)に変換さ
れ、出力端子2911〜2913にそれぞれ出力され
る。
Therefore, in this tenth period, only the electric charge Δq accumulated in the diode 291 is transferred to the capacitor 298. The transferred charge Δq is converted into a voltage Vo = Δq / C2 (provided that the voltage gain of the inverter 296 is sufficiently large) by the capacitance value C2 of the capacitor 298, and is output to the output terminals 2911 to 2913, respectively.

【0138】以上の説明は、第1列の画像素子が蓄積し
た電荷を初期化したのちに空乏層領域に入射した光のエ
ネルギーを電荷に変換したのちインバータ296の容量
に変換された電荷を転送して電圧として出力する一連の
動作を第1〜10の期間に場合わけして説明をおこなっ
た。残りの第2〜5列は第1列と同じ動作を、それぞれ
基本クロックの半周期おくれて実行してゆく。こうして
順次に各画像素子に蓄積された電荷を電圧信号に変換し
て行く。
In the above description, after the charges accumulated in the image elements in the first column are initialized, the energy of light incident on the depletion layer region is converted into charges, and then the charges converted into the capacitance of the inverter 296 are transferred. A series of operations for outputting the voltage as a voltage has been described for the first to tenth periods. The remaining second to fifth columns perform the same operation as that of the first column with a half cycle of the basic clock. In this way, the charges accumulated in each image element are sequentially converted into voltage signals.

【0139】固体撮像素子2914は、画像を電波に変
換して遠隔地の画像表示装置に映し出す装置に応用でき
る。図31は、図29の固体撮像素子2914を応用し
たデバイスの構成を示すブロック図である。図31のデ
バイスは、画像を電波に送信する送信部と、電波を受け
て画像を映し出す受信部とを備えている。同じ参照符号
をもつ図29および図31に描かれた構成要素は互いに
対応している。送信部において、3115は各構成要素
に必要なクロック信号を供給するクロック発生回路であ
る。3116は撮像素子2914の出力端子2911〜
2913の連続的な電気信号(いわゆるアナログ信号)
を離散的な電気信号(いわゆるデジタル信号)に変換す
るA/D変換器である。3117はA/D変換器311
6によって変換されたデジタル信号を電波として送信し
やすい形態にする信号処理回路であり、3118は信号
処理回路3117の出力信号を電波に変換する送信回路
3118である。
The solid-state imaging device 2914 can be applied to a device for converting an image into a radio wave and displaying the image on a remote image display device. FIG. 31 is a block diagram showing a configuration of a device to which the solid-state imaging device 2914 of FIG. 29 is applied. The device in FIG. 31 includes a transmitting unit that transmits an image as a radio wave, and a receiving unit that receives the radio wave and projects the image. The components depicted in FIGS. 29 and 31 having the same reference numerals correspond to one another. In the transmission unit, reference numeral 3115 denotes a clock generation circuit that supplies a clock signal required for each component. Reference numeral 3116 denotes output terminals 2911 to 2911 of the image sensor 2914.
2913 continuous electrical signals (so-called analog signals)
Is an A / D converter that converts a digital signal into a discrete electric signal (so-called digital signal). 3117 is an A / D converter 311
6 is a signal processing circuit for converting the digital signal converted by 6 into a form easy to transmit as a radio wave, and 3118 is a transmission circuit 3118 for converting the output signal of the signal processing circuit 3117 into a radio wave.

【0140】受信部において、3120は受信部の各構
成要素に必要なクロック信号を供給するクロック発生回
路である。3119は送信部の送信回路3118からの
発信電波を受信する受信回路である。3121は受信回
路からの信号を、デジタル信号処理する信号処理回路で
ある。3122は信号処理回路3121のデジタル出力
信号をアナログ電気信号に変換するD/A変換回路であ
る。3123はアナログ電気信号によって結晶構造を変
化させて反射率を制御し、人に見えるように画像を映し
出す液晶ディスプレイである。
In the receiving section, reference numeral 3120 denotes a clock generating circuit for supplying a necessary clock signal to each component of the receiving section. Reference numeral 3119 denotes a receiving circuit that receives a radio wave transmitted from the transmitting circuit 3118 of the transmitting unit. Reference numeral 3121 denotes a signal processing circuit that performs digital signal processing on a signal from the receiving circuit. Reference numeral 3122 denotes a D / A conversion circuit for converting a digital output signal of the signal processing circuit 3121 into an analog electric signal. Reference numeral 3123 denotes a liquid crystal display that controls the reflectivity by changing the crystal structure in accordance with an analog electric signal, and displays an image to be seen by a human.

【0141】送信部の固体撮像素子2914は、撮像素
子によって変換されたアナログ電気信号を各列ごとに端
子2911〜2913に出力する。端子2911〜29
13のアナログ電気信号は各端子ごとに設けられたA/
D変換器3116によってデジタル信号に変換され画像
データになる。信号処理回路3117は、変換されたデ
ィジタル信号を受け取り、画像データのデジタル信号処
理によって送信に適したシリアル・データに変換する。
送信回路3118は、変換されたシリアルデータを変調
して、電波のかたちで送信する。
The solid-state imaging device 2914 of the transmission section outputs the analog electric signal converted by the imaging device to the terminals 2911 to 2913 for each column. Terminals 2911-29
The 13 analog electric signals are provided by A /
The data is converted into a digital signal by the D converter 3116 to become image data. The signal processing circuit 3117 receives the converted digital signal, and converts the converted digital signal into serial data suitable for transmission by digital signal processing of image data.
The transmission circuit 3118 modulates the converted serial data and transmits it in the form of a radio wave.

【0142】受信部の受信回路3119は、電波を受信
し、必要な電圧を得るために受信信号を増幅し、波形整
形を施す。信号処理回路3121は、受信回路3119
から出力されたデジタル出力信号を受け取り、電波のか
たちでの信号伝送中に受けたノイズおよび歪みをデジタ
ル信号処理を用いて除去する。D/A変換器3122
は、信号処理回路3121から出力されたディジタル信
号を受け取り、これをアナログ電気信号に変換し、液晶
ディスプレイ3123を駆動することによって、撮像素
子2914によって撮られた画像を再生する。
The receiving circuit 3119 of the receiving unit receives the radio wave, amplifies the received signal to obtain a required voltage, and performs waveform shaping. The signal processing circuit 3121 includes a receiving circuit 3119
Receiving the digital output signal output from the device, and removing noise and distortion received during signal transmission in the form of radio waves using digital signal processing. D / A converter 3122
Receives a digital signal output from the signal processing circuit 3121, converts the digital signal into an analog electric signal, and drives the liquid crystal display 3123 to reproduce an image taken by the image sensor 2914.

【0143】特に、送信部においては、撮像素子291
4、クロック発生回路3115、A/D変換器3116
および信号処理回路3117は、CMOSプロセスによ
って構成することができるので、送信回路3118を除
く回路をワンチップで製造することができる。さらにC
MOSプロセスの微細化が進めば高周波回路を含む送信
回路3118も集積することが可能となる。
In particular, in the transmitting section, the image pickup device 291
4. Clock generation circuit 3115, A / D converter 3116
Since the signal processing circuit 3117 can be formed by a CMOS process, circuits other than the transmission circuit 3118 can be manufactured by one chip. Further C
As the miniaturization of the MOS process progresses, a transmission circuit 3118 including a high-frequency circuit can be integrated.

【0144】第4の実施形態によれば、既に説明した信
号伝達回路および信号伝達方法と、A/D変換器と同様
の効果を得ることができる。すなわち入力信号源の駆動
力が小さく、駆動すべき信号線などが有する寄生容量が
大きい場合でも、高速かつ高効率の信号伝達をおこなう
ことができる。
According to the fourth embodiment, the same effects as those of the A / D converter and the signal transmission circuit and signal transmission method described above can be obtained. That is, even when the driving force of the input signal source is small and the parasitic capacitance of the signal line to be driven is large, high-speed and high-efficiency signal transmission can be performed.

【0145】[0145]

【発明の効果】本発明の信号伝達回路および信号伝達方
法によれば、アナログ信号を大きな寄生容量をもつ信号
線を介して、小さい駆動能力で高速に伝達することがで
きる。また本発明のA/D変換器によれば、アナログ信
号を小さい駆動能力の増幅回路を用いてディジタル信号
に変換することができる。その結果、A/D変換器の消
費電力を小さくすること、および集積化されたA/D変
換器の半導体チップのチップ面積を小さくすることが可
能になる。また本発明のA/D変換器によれば、D/A
変換器を用いる必要がないので、それによっても、低消
費電力化およびチップサイズの削減が可能になる。また
本発明の固体撮像素子によれば、前述の本発明のA/D
変換器と同様の効果を得ることができる。
According to the signal transmission circuit and the signal transmission method of the present invention, an analog signal can be transmitted at a high speed with a small driving capability through a signal line having a large parasitic capacitance. Further, according to the A / D converter of the present invention, an analog signal can be converted into a digital signal by using an amplifier circuit having a small driving capability. As a result, the power consumption of the A / D converter can be reduced, and the chip area of the semiconductor chip of the integrated A / D converter can be reduced. According to the A / D converter of the present invention, the D / A
Since it is not necessary to use a converter, power consumption can be reduced and the chip size can be reduced. According to the solid-state imaging device of the present invention, the A / D of the above-described present invention is used.
An effect similar to that of the converter can be obtained.

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

【図1】本発明の信号伝達回路および信号伝達方法の原
理を示す図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of a signal transmission circuit and a signal transmission method according to the present invention.

【図2】(C1+C2)>>C0が成り立つときの図1
の回路の等価回路図である。
FIG. 1 is a diagram when (C1 + C2) >> C0 is satisfied;
3 is an equivalent circuit diagram of the circuit of FIG.

【図3】容量C0に電荷Q0を供給する電荷供給部の一
例を示す回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram illustrating an example of a charge supply unit that supplies a charge Q0 to a capacitor C0.

【図4】ダイオードを用いた電荷供給部を示す回路図で
ある。
FIG. 4 is a circuit diagram showing a charge supply unit using a diode.

【図5】変換部200の一例を示す回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram showing an example of a conversion unit 200.

【図6】可変容量を用いる変換部200の回路図であ
る。
FIG. 6 is a circuit diagram of a conversion unit 200 using a variable capacitor.

【図7】本発明によるA/D変換器のブロック図であ
る。
FIG. 7 is a block diagram of an A / D converter according to the present invention.

【図8】本発明によるA/D変換器の回路図である。FIG. 8 is a circuit diagram of an A / D converter according to the present invention.

【図9】第1増幅回路6の回路図である。FIG. 9 is a circuit diagram of the first amplifier circuit 6.

【図10】スイッチS1〜S3のオン・オフと、第1増
幅回路6の動作状態(標本化および増幅)とを示す図で
ある。
FIG. 10 is a diagram showing ON / OFF of switches S1 to S3 and an operation state (sampling and amplification) of a first amplifier circuit 6.

【図11】第1ラッチ回路8および第2ラッチ回路18
の回路図である。
FIG. 11 shows a first latch circuit 8 and a second latch circuit 18.
FIG.

【図12】スイッチS4およびS5のオン・オフと、第
1ラッチ回路8および第2ラッチ回路18の動作状態
(ラッチおよびスルー)とを示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing ON / OFF of switches S4 and S5 and operation states (latch and through) of a first latch circuit 8 and a second latch circuit 18.

【図13】中間保持回路9の回路図である。FIG. 13 is a circuit diagram of the intermediate holding circuit 9;

【図14】スイッチS6のオン・オフと、中間保持回路
9の動作状態(充電および転送)とを示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing ON / OFF of a switch S6 and an operation state (charging and transfer) of an intermediate holding circuit 9;

【図15】デマルチプレクサ11の回路図である。FIG. 15 is a circuit diagram of the demultiplexer 11;

【図16】スイッチS7〜S10のオン・オフと、デマ
ルチプレクサ11の導通状態(i1〜i4)とを示す図
である。
FIG. 16 is a diagram showing ON / OFF of switches S7 to S10 and conduction states (i1 to i4) of demultiplexer 11;

【図17】第2増幅回路15の回路図である。FIG. 17 is a circuit diagram of the second amplifier circuit 15.

【図18】スイッチS11のオン・オフと、第2増幅回
路15の動作状態(リセットおよび標本化)とを示す図
である。
FIG. 18 is a diagram showing ON / OFF of a switch S11 and an operation state (reset and sampling) of a second amplifier circuit 15.

【図19】図8のA/D変換器のうち、第1増幅回路
6、中間保持回路9、デマルチプレクサ11、信号線列
および第2増幅回路15を代表する要素を示す回路図で
ある。
FIG. 19 is a circuit diagram showing elements representing the first amplifier circuit 6, the intermediate holding circuit 9, the demultiplexer 11, the signal line array, and the second amplifier circuit 15 in the A / D converter of FIG.

【図20】第3増幅回路17Aおよび17Bの回路図で
ある。
FIG. 20 is a circuit diagram of third amplifier circuits 17A and 17B.

【図21】スイッチS12〜S14のオン・オフと、第
3増幅回路17Aおよび17Bの動作状態(標本化およ
び増幅)とを示す図である。
FIG. 21 is a diagram showing ON / OFF of switches S12 to S14 and operation states (sampling and amplification) of third amplifier circuits 17A and 17B.

【図22】図8に示す回路の要素がおこなう動作のタイ
ミングを示す図である。
FIG. 22 is a diagram illustrating timings of operations performed by elements of the circuit illustrated in FIG. 8;

【図23】従来技術による直並列型A/D変換器を示す
ブロック図である。
FIG. 23 is a block diagram showing a serial-parallel A / D converter according to the related art.

【図24】本発明の信号伝達回路の回路図である。FIG. 24 is a circuit diagram of a signal transmission circuit of the present invention.

【図25】図24に示す信号伝達回路におけるスイッチ
248、249、2414の動作タイミング、および被
駆動回路244の入力電圧の変化を示す図である。
25 is a diagram illustrating operation timings of switches 248, 249, and 2414 in the signal transmission circuit illustrated in FIG. 24, and changes in an input voltage of a driven circuit 244.

【図26】図24に示す本発明の信号伝達回路の出力電
圧の波形と、図27に示す従来の信号伝達回路を出力電
圧の波形とを示す図である。
26 is a diagram showing a waveform of an output voltage of the signal transmission circuit of the present invention shown in FIG. 24 and a waveform of an output voltage of the conventional signal transmission circuit shown in FIG. 27;

【図27】従来技術による信号伝達回路の構成を示す図
である。
FIG. 27 is a diagram showing a configuration of a signal transmission circuit according to a conventional technique.

【図28】図27の従来の信号伝達回路の選択スイッチ
の選択状態と、被駆動回路274の入力電圧とを示す図
である。
28 is a diagram illustrating a selection state of a selection switch of the conventional signal transmission circuit of FIG. 27 and an input voltage of a driven circuit 274. FIG.

【図29】本発明による信号伝達回路を用いた固体撮像
素子の回路図である。
FIG. 29 is a circuit diagram of a solid-state imaging device using a signal transmission circuit according to the present invention.

【図30】走査回路299の制御手順を示すタイミング
チャートである。
FIG. 30 is a timing chart showing a control procedure of the scanning circuit 299.

【図31】図29の固体撮像素子2914を応用したデ
バイスの構成を示すブロック図である。
31 is a block diagram illustrating a configuration of a device to which the solid-state imaging device 2914 in FIG. 29 is applied.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、2 定電圧源 3 アナログ信号源 5 第1増幅回路列 6a〜6i 第1増幅回路 7 ラッチ・中間保持回路列 8a〜8i ラッチ回路 9a〜9i 中間保持回路 10 デマルチプレクサ列 11a〜11i デマルチプレクサ 12 信号線列 si1〜si4 信号線 14 第2増幅回路列 15a〜15d 第2増幅回路 16 補間回路 17A1〜17A4、17B1〜17B3 第3増幅回
路 18a〜18g ラッチ回路 19 クロック発生回路 20 下位データ処理回路 21 演算回路 22 クロック入力端子 23 出力端子
1, 2 constant voltage source 3 analog signal source 5 first amplifier circuit line 6a-6i first amplifier circuit 7 latch / intermediate holding circuit line 8a-8i latch circuit 9a-9i intermediate holding circuit 10 demultiplexer line 11a-11i demultiplexer 12 signal line array si1 to si4 signal line 14 second amplifier circuit array 15a to 15d second amplifier circuit 16 interpolation circuit 17A1 to 17A4, 17B1 to 17B3 third amplifier circuit 18a to 18g latch circuit 19 clock generation circuit 20 lower data processing circuit 21 arithmetic circuit 22 clock input terminal 23 output terminal

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡本 陽一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平5−259917(JP,A) 特開 昭59−172828(JP,A) 特開 昭56−104532(JP,A) 特開 昭58−34624(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03M 1/00 - 1/88 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor, Yoichi Okamoto 1006, Kazuma, Kadoma, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (56) References JP-A-5-259917 (JP, A) JP-A-59- 172828 (JP, A) JP-A-56-104532 (JP, A) JP-A-58-34624 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H03M 1 / 00-1 / 88

Claims (15)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 入力信号を受け取った送信部が信号線を
介して受信部に信号を伝達し該入力信号に対応する出力
信号を出力する信号伝達回路であって、 該送信部は、第1容量性手段と、該入力信号に対応する
電荷を該第1容量性手段に与える電荷供給部と、該電荷
供給部からの電荷の供給と停止を制御する供給制御手段
と、を備えており、 該受信部は、該第1容量性手段からの電荷を受け取る第
2容量性手段を備えており、 該第1容量性手段に蓄積された電荷を該第2の容量性手
段に伝達する信号線と、 該信号線にある寄生容量性素子と、 該第1容量性手段と該信号線との間で電荷の伝達と非伝
達を制御する伝達手段と、 を備え、 該第2容量性手段と該寄生容量性素子の総容量値は、該
第1容量性手段の容量値よりも大きく、 該伝達手段が非伝達時に該電荷供給部は該第1容量性手
段に電荷を与え、伝達時に該供給制御手段は電荷の供給
を停止することを特徴とする信号伝達回路。
1. A signal transmission circuit that receives an input signal, transmits a signal to a reception unit via a signal line, and outputs an output signal corresponding to the input signal. Capacitive means, a charge supply unit for providing a charge corresponding to the input signal to the first capacitive means, and a supply control means for controlling supply and stop of the charge from the charge supply unit, The receiving unit includes second capacitive means for receiving the electric charge from the first capacitive means, and a signal line for transmitting the electric charge accumulated in the first capacitive means to the second capacitive means. And a parasitic capacitance element on the signal line; and a transmission unit for controlling transmission and non-transmission of electric charge between the first capacitance unit and the signal line. A total capacitance value of the parasitic capacitive element is larger than a capacitance value of the first capacitive means; Charge supplying unit during non-transmission gives a charge to said first capacitive means, said supply control means during transmission the signal transmission circuit, characterized by stopping the supply of the charge.
【請求項2】 前記第2容量性手段に転送された電荷に
対応する出力信号を生成する変換手段をさらに備えてい
る請求項1に記載の信号伝達回路。
2. The signal transmission circuit according to claim 1, further comprising a conversion unit that generates an output signal corresponding to the charge transferred to said second capacitive unit.
【請求項3】 前記第1容量性手段は、第1端子および
第2端子を有し、 前記第2容量性手段は、第1端子および第2端子を有
し、 前記伝達手段は、該第1容量性手段の第1端子および該
第2容量性手段の第1端子の接続状態を変化させるスイ
ッチであり、該第1容量性手段の第2端子は、該第2容
量性手段の第2端子に接続されている請求項1に記載の
信号伝達回路。
3. The first capacitive means has a first terminal and a second terminal, the second capacitive means has a first terminal and a second terminal, and the transmitting means has a first terminal and a second terminal. A switch for changing a connection state between the first terminal of the first capacitive unit and the first terminal of the second capacitive unit, wherein the second terminal of the first capacitive unit is connected to the second terminal of the second capacitive unit; The signal transmission circuit according to claim 1, wherein the signal transmission circuit is connected to a terminal.
【請求項4】 前記電荷供給部は増幅器を有し、前記供
給制御手段は、該電荷供給部の出力端子と前記第1容量
性手段の間に接続されたスイッチ手段を有する請求項1
に記載の信号伝達回路。
4. The charge supply unit includes an amplifier, and the supply control unit includes a switch unit connected between an output terminal of the charge supply unit and the first capacitive unit.
3. The signal transmission circuit according to claim 1.
【請求項5】 前記変換手段は、前記第2容量性手段を
含んでおり、 入力端子の信号を増幅して、該増幅された信号を出力端
子に出力する増幅器と、 該入力端子および該出力端子に接続された容量性手段を
有する請求項2に記載の信号伝達回路。
5. An amplifier for amplifying a signal at an input terminal and outputting the amplified signal to an output terminal, wherein the conversion means includes the second capacitive means; 3. The signal transmission circuit according to claim 2, further comprising capacitive means connected to the terminal.
【請求項6】 前記変換手段は、可変容量を有する請求
項2に記載の信号伝達回路。
6. The signal transmission circuit according to claim 2, wherein said conversion means has a variable capacitance.
【請求項7】 入力電圧を受け取り、該入力電圧に対応
するデジタル信号を出力するA/D変換器であって、 該入力電圧および参照電圧の差に対応する電圧を増幅す
る増幅手段と、 該増幅手段から出力される電圧を保持する保持容量性手
段と、 第1端子と第2端子を持つ信号線と、 該信号線にある寄生容量性素子と、 該増幅手段と該保持容量性手段との間に設けられた第1
伝達手段と、 該保持容量性手段と該信号線の第1端子との間に設けら
れた第2伝達手段と、 該信号線の第2端子に接続され、該保持容量性手段の保
持電荷を受信する受信容量性手段と、を備えており、 第1状態において、該第1伝達手段は導通であり、該第
2伝達手段は非導通であり、 第2状態において、該第1伝達手段は非導通であり、該
第2伝達手段は導通であって、 該寄生容量性素子と該受信容量性手段の総容量値は該保
持容量性手段の容量値よりも大きいことにより信号伝達
速度の時定数を小さくすることを特徴とするA/D変換
器。
7. An A / D converter for receiving an input voltage and outputting a digital signal corresponding to the input voltage, wherein the amplification means amplifies a voltage corresponding to a difference between the input voltage and a reference voltage; Holding capacitive means for holding a voltage output from the amplifying means, a signal line having a first terminal and a second terminal, a parasitic capacitive element on the signal line, the amplifying means and the holding capacitive means The first provided between
A transmitting means, a second transmitting means provided between the storage capacitive means and the first terminal of the signal line, and a charge connected to the second terminal of the signal line for transferring the stored charge of the storage capacitive means. Receiving capacitive means for receiving, in the first state, the first transmitting means is conductive, the second transmitting means is non-conductive, and in the second state, the first transmitting means The second transmission means is non-conductive, and the total capacitance value of the parasitic capacitive element and the receiving capacitive means is larger than the capacitance value of the holding capacitive means; An A / D converter characterized by reducing a constant.
【請求項8】 入力信号を受け取り、該入力信号に対応
する出力信号を出力する信号伝達方法であって、 該入力信号に対応する電荷を第1容量性手段に蓄積する
蓄積ステップと、 該蓄積された電荷を該第1容量性手段から第2容量性手
段へ転送する転送ステップと、 を包含し、 該転送ステップにおいて該蓄積された電荷は信号伝達線
路を通じて該第1容量性手段から該第2容量性手段に転
送され、 該信号伝達線路の寄生容量性素子と該第2容量性手段の
総容量値は該第1容量性手段の容量値よりも大きく、 該転送ステップでは該第1容量性手段と該信号伝達線路
との間の信号の伝達と非伝達を制御し、該蓄積ステップ
における該第1容量性手段への電荷蓄積を停止する信号
伝達方法。
8. A signal transmission method for receiving an input signal and outputting an output signal corresponding to the input signal, the method comprising: storing an electric charge corresponding to the input signal in a first capacitive means; Transferring the accumulated charge from the first capacitive means to the second capacitive means, wherein the accumulated charge is transferred from the first capacitive means to the second capacitive means through a signal transmission line. The total capacitance value of the parasitic capacitance element of the signal transmission line and the second capacitance means is larger than the capacitance value of the first capacitance means. A signal transmission method for controlling transmission and non-transmission of a signal between the capacitive means and the signal transmission line and stopping charge accumulation in the first capacitive means in the accumulation step.
【請求項9】 前記第2容量性手段に転送された電荷に
対応する出力信号を生成する変換ステップをさらに包含
する請求項8に記載の信号伝達方法。
9. The signal transmission method according to claim 8 , further comprising a conversion step of generating an output signal corresponding to the electric charge transferred to said second capacitive means.
【請求項10】 前記変換ステップは、前記第2容量性
手段を含み、入力端子の信号を増幅して、該増幅された
信号を出力端子に出力する増幅器と、該入力端子および
該出力端子に接続された容量性素子とを用いる請求項9
に記載の信号伝達方法。
10. The conversion step includes an amplifier that includes the second capacitive unit, amplifies a signal at an input terminal, and outputs the amplified signal to an output terminal. claim used and connected capacitive elements 9
2. The signal transmission method according to 1.
【請求項11】 前記変換ステップは、可変容量を用い
請求項9に記載の信号伝達方法。
11. The signal transmission method according to claim 9 , wherein said converting step uses a variable capacitor.
【請求項12】 入射光を受け取り、該入射光に対応す
る出力信号を出力する固体撮像素子であって、 第1容量性手段と、 該入射光に対応する電荷を該第1容量性手段に与える電
荷供給部と、 第2容量性手段と、 第1端子が該第1容量性手段の一方の端子に接続されて
おり、第2端子が該第2容量性手段に接続されており、
該第1容量性手段に蓄積された電荷を該第2の容量性手
段に伝達する信号線と、 該信号線にある寄生容量性素子と、 該第1容量性手段の他方の端子と所定の電位の間に接続
され、該第1容量性手段に蓄積された電荷の伝達と非伝
達を制御する伝達手段と、 を備えており、 該寄生容量性素子と該第2容量性手段の総容量値は、該
第1容量性手段の容量値よりも大きいことを特徴とする
固体撮像素子。
12. A solid-state imaging device for receiving incident light and outputting an output signal corresponding to the incident light, comprising: a first capacitive means; and a charge corresponding to the incident light, the first capacitive means being provided to the first capacitive means. A charge supply unit, a second capacitive means, a first terminal connected to one terminal of the first capacitive means, a second terminal connected to the second capacitive means,
A signal line for transmitting the charge stored in the first capacitive means to the second capacitive means; a parasitic capacitive element on the signal line; and a predetermined terminal connected to the other terminal of the first capacitive means. And a transmission means connected between the electric potentials for controlling transmission and non-transmission of the electric charge accumulated in the first capacitive means, wherein a total capacitance of the parasitic capacitive element and the second capacitive means is provided. A solid-state imaging device, wherein a value is larger than a capacitance value of the first capacitive means.
【請求項13】 前記電荷供給部がフォトダイオードで
あって、前記第1容量性手段が該フォトダイオードの寄
生容量である請求項12に記載の固体撮像素子。
13. The solid-state imaging device according to claim 12 , wherein said charge supply unit is a photodiode, and said first capacitive means is a parasitic capacitance of said photodiode.
【請求項14】 前記第2容量性手段に転送された電荷
に対応する出力信号を生成する変換手段をさらに備えて
いる請求項12に記載の固体撮像素子。
14. The solid-state imaging device according to claim 12, further comprising a conversion unit that generates an output signal corresponding to the electric charge transferred to said second capacitive unit.
【請求項15】 前記変換手段は、 前記第2容量性手段を含み、 入力端子の信号を増幅して、該増幅された信号を出力端
子に出力する増幅器と、 該入力端子および該出力端子に接続された容量性手段
と、 を有する請求項14に記載の固体撮像素子。
15. The conversion means includes the second capacitive means, an amplifier for amplifying a signal at an input terminal and outputting the amplified signal to an output terminal, and an amplifier connected to the input terminal and the output terminal. The solid-state imaging device according to claim 14 , comprising: a capacitive unit connected to the solid-state imaging device.
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