JP3384543B2 - Cascade A / D converter - Google Patents

Cascade A / D converter

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JP3384543B2
JP3384543B2 JP06303098A JP6303098A JP3384543B2 JP 3384543 B2 JP3384543 B2 JP 3384543B2 JP 06303098 A JP06303098 A JP 06303098A JP 6303098 A JP6303098 A JP 6303098A JP 3384543 B2 JP3384543 B2 JP 3384543B2
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converter
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signal
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浩一 入江
直也 草柳
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Yokogawa Electric Corp
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Yokogawa Electric Corp
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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】本発明はカスケードA/D変
換器に関し、特に伝播遅延時間の改善が可能なカスケー
ドA/D変換器に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cascade A / D converter, and more particularly to a cascade A / D converter capable of improving a propagation delay time.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のカスケードA/D変換器としては
本願出願人の出願に係る特願平08−322709号に
記載したようなカスケードA/D変換器がある。図6は
特願平08−322709号に記載された従来のカスケ
ードA/D変換器の一例を示す構成ブロック図である。
2. Description of the Related Art As a conventional cascade A / D converter, there is a cascade A / D converter described in Japanese Patent Application No. 08-322709 filed by the present applicant. FIG. 6 is a configuration block diagram showing an example of a conventional cascade A / D converter described in Japanese Patent Application No. 08-322709.

【0003】図6において1a,1b,1c,5a,5
b,5c,5d,5e及び5fは比較器、2a,2b,
2c及び2dはラッチ回路、3a及び3bはD/A変換
器、4a及び4bは減算器、6,7,8及び13は論理
積回路(以下、AND回路と呼ぶ。)、9及び11は排
他的論理和回路(以下、EOR回路と呼ぶ。)、10及
び12は論理和回路(以下、OR回路と呼ぶ。)、10
0はアナログ入力信号、101はディジタル出力信号で
ある。
In FIG. 6, 1a, 1b, 1c, 5a, 5
b, 5c, 5d, 5e and 5f are comparators, 2a, 2b,
2c and 2d are latch circuits, 3a and 3b are D / A converters, 4a and 4b are subtractors, 6, 7, 8 and 13 are AND circuits (hereinafter referred to as AND circuits), and 9 and 11 are exclusive. Logical OR circuits (hereinafter referred to as EOR circuits), 10 and 12 are logical OR circuits (hereinafter referred to as OR circuits), 10
0 is an analog input signal and 101 is a digital output signal.

【0004】また、5a,5b及び6はウインドウ・コ
ンパレータ50aを、5c,5d及び7はウインドウ・
コンパレータ50bを、5e,5f及び8はウインドウ
・コンパレータ50cを、10,12及び13はエラー
補正回路51をそれぞれ構成している。
Further, 5a, 5b and 6 are window comparators 50a, 5c, 5d and 7 are window comparators.
Comparators 50b, 5e, 5f and 8 constitute a window comparator 50c, and 10, 12 and 13 constitute an error correction circuit 51.

【0005】アナログ入力信号100は比較器1a及び
5aの非反転入力端子、比較器5bの反転入力端子、減
算器4aの加算入力端子に入力される。比較器1aの出
力はラッチ回路2a、D/A変換器3a、EOR回路9
の一方の入力端子に接続され、D/A変換器3aの出力
は減算器4aの減算入力端子に接続される。
The analog input signal 100 is input to the non-inverting input terminals of the comparators 1a and 5a, the inverting input terminal of the comparator 5b, and the addition input terminal of the subtractor 4a. The output of the comparator 1a is the latch circuit 2a, the D / A converter 3a, and the EOR circuit 9
Of the D / A converter 3a, and the output of the D / A converter 3a is connected to the subtraction input terminal of the subtractor 4a.

【0006】また、比較器5a及び5bの出力はそれぞ
れAND回路6の入力端子に接続され、AND回路6の
出力はOR回路10の一方の入力端子、AND回路7及
び13の負論理入力端子、AND回路8の一方の負論理
入力端子に接続される。
The outputs of the comparators 5a and 5b are connected to the input terminals of the AND circuit 6, respectively, and the output of the AND circuit 6 is one input terminal of the OR circuit 10 and the negative logic input terminals of the AND circuits 7 and 13. It is connected to one negative logic input terminal of the AND circuit 8.

【0007】減算器4aの出力は比較器1b及び5cの
非反転入力端子、比較器5dの反転入力端子、減算器4
bの加算入力端子に接続される。比較器1bの出力はD
/A変換器3b、EOR回路9の他方の入力端子、EO
R回路11の一方の入力端子に接続され、D/A変換器
3bの出力は減算器4bの減算入力端子に接続される。
The output of the subtractor 4a is the non-inverting input terminals of the comparators 1b and 5c, the inverting input terminal of the comparator 5d, and the subtractor 4
It is connected to the addition input terminal of b. The output of the comparator 1b is D
/ A converter 3b, the other input terminal of the EOR circuit 9, EO
It is connected to one input terminal of the R circuit 11, and the output of the D / A converter 3b is connected to the subtraction input terminal of the subtractor 4b.

【0008】また、比較器5c及び5dの出力はそれぞ
れAND回路7の他の2つの正論理入力端子に接続さ
れ、AND回路7の出力はOR回路12の一方の入力端
子、AND回路8の他方の負論理入力端子に接続され
る。さらに、EOR回路9の出力はOR回路10の他方
の入力端子に接続され、OR回路10の出力はラッチ回
路2bに接続される。
The outputs of the comparators 5c and 5d are connected to the other two positive logic input terminals of the AND circuit 7, and the output of the AND circuit 7 is one input terminal of the OR circuit 12 and the other of the AND circuit 8. Connected to the negative logic input terminal of. Further, the output of the EOR circuit 9 is connected to the other input terminal of the OR circuit 10, and the output of the OR circuit 10 is connected to the latch circuit 2b.

【0009】減算器4bの出力は比較器1c及び5eの
非反転入力端子、比較器5fの反転入力端子に接続され
る。比較器1cの出力はEOR回路11の他方の入力端
子に接続され、EOR回路11の出力はOR回路12の
他方の入力端子に接続される。OR回路12の出力はA
ND回路13の正論理入力端子に接続され、AND回路
13の出力はラッチ回路2cに接続される。
The output of the subtractor 4b is connected to the non-inverting input terminals of the comparators 1c and 5e and the inverting input terminal of the comparator 5f. The output of the comparator 1c is connected to the other input terminal of the EOR circuit 11, and the output of the EOR circuit 11 is connected to the other input terminal of the OR circuit 12. The output of the OR circuit 12 is A
It is connected to the positive logic input terminal of the ND circuit 13, and the output of the AND circuit 13 is connected to the latch circuit 2c.

【0010】また、比較器5e及び5fの出力はそれぞ
れAND回路8の他の2つの正論理入力端子に接続さ
れ、AND回路8の出力はラッチ回路2dに接続され
る。さらに、ラッチ回路2a〜2dの出力はディジタル
出力信号101として出力される。
The outputs of the comparators 5e and 5f are connected to the other two positive logic input terminals of the AND circuit 8, and the output of the AND circuit 8 is connected to the latch circuit 2d. Further, the outputs of the latch circuits 2a to 2d are output as the digital output signal 101.

【0011】また、比較器1a〜1cの反転入力端子は
接地され、比較器5b,5d及び5fの非反転入力端子
には”+ΔV”の電圧が、比較器5a,5c及び5eの
反転入力端子には”−ΔV”の電圧がそれぞれ印加され
る。但し、「ΔV=FS/16」である。
The inverting input terminals of the comparators 1a to 1c are grounded, and the non-inverting input terminals of the comparators 5b, 5d and 5f receive a voltage of "+ ΔV" and the inverting input terminals of the comparators 5a, 5c and 5e. A voltage of "-ΔV" is applied to each. However, “ΔV = FS / 16”.

【0012】ここで、図6に示す実施例の動作を図7を
用いて説明する。図7は「−FS/2」から「+FS/
2」のアナログ入力信号100に対する各出力若しくは
各入力を示す特性曲線図である。
The operation of the embodiment shown in FIG. 6 will be described with reference to FIG. FIG. 7 shows “−FS / 2” to “+ FS /
It is a characteristic curve figure which shows each output or each input with respect to the analog input signal 100 of "2".

【0013】図7において(a),(b)及び(c)は
比較器1a,1b及び1cの出力、(d),(e)及び
(f)はウインドウ・コンパレータ50a,50b及び
50cの出力、(g)及び(h)はEOR回路9及び1
1の出力、(i),(j),(k)及び(l)はラッチ
回路2a,2b,2c及び2dの入力をそれぞれ示して
いる。
In FIG. 7, (a), (b) and (c) are outputs of the comparators 1a, 1b and 1c, and (d), (e) and (f) are outputs of the window comparators 50a, 50b and 50c. , (G) and (h) are EOR circuits 9 and 1
The output of 1 and (i), (j), (k) and (l) indicate the inputs of the latch circuits 2a, 2b, 2c and 2d, respectively.

【0014】また、図6に示す実施例は交番2進符号
(以下、グレイコード(Gray Code )と呼ぶ。)を出力
するカスケードA/D変換器を例示している。
Further, the embodiment shown in FIG. 6 exemplifies a cascade A / D converter which outputs an alternating binary code (hereinafter referred to as Gray code).

【0015】ウインドウ・コンパレータ50a,50b
及び50cは入力信号が「0」近傍であり、且つ、前段
のウインドウ・コンパレータの出力が”ローレベル”で
ある場合”ハイレベル”を出力する。
Window comparators 50a and 50b
And 50c output "high level" when the input signal is near "0" and the output of the previous window comparator is "low level".

【0016】従って、ウインドウ・コンパレータ50a
は図7中(d)に示すようにアナログ入力信号100
が”0”近傍で”ハイレベル”を出力する。
Therefore, the window comparator 50a
Is an analog input signal 100 as shown in FIG.
Outputs "high level" near "0".

【0017】ウインドウ・コンパレータ50bは図7中
(b)から分かるようにアナログ入力信号100が”
0”及び”±FS/4”近傍で”ハイレベル”を出力す
る可能性があるが、アナログ入力信号100が”0”近
傍においては前段のウインドウ・コンパレータ50aの
出力が”ハイレベル”であるので、図7中(e)に示す
ように”±FS/4”近傍のみが”ハイレベル”にな
る。
As can be seen from FIG. 7B, the window comparator 50b has the analog input signal 100 of "".
There is a possibility of outputting "high level" in the vicinity of "0" and "± FS / 4", but when the analog input signal 100 is in the vicinity of "0", the output of the window comparator 50a in the previous stage is "high level". Therefore, as shown in (e) of FIG. 7, only the vicinity of "± FS / 4" becomes "high level".

【0018】同様にウインドウ・コンパレータ50cは
図7中(c)から分かるように7ヶ所で”ハイレベル”
になる可能性があるが、前段のウインドウ・コンパレー
タ50a及び50bが”ハイレベル”の部分は除かれる
ので、図7中(f)に示すようになる。
Similarly, the window comparator 50c has a "high level" at seven places as can be seen from (c) in FIG.
However, since the "high level" portion of the window comparators 50a and 50b in the previous stage is excluded, the state becomes as shown in (f) in FIG.

【0019】EOR回路9及び11の出力はディジタル
出力信号101の内の中間ビットのグレイコードを出力
しているが、図7中”イ”,”ロ”、”ハ”及び”ニ”
に示すようにスパイク状のノイズが生じていることがわ
かる。これは比較器1a〜1cの出力の”ハイレベル”
から”ローレベル”若しくは”ローレベル”から”ハイ
レベル”の変化が鈍っていることに起因している。
The outputs of the EOR circuits 9 and 11 output the gray code of the intermediate bit of the digital output signal 101. In FIG. 7, "a", "b", "c" and "d".
It can be seen that spike-like noise is generated as shown in FIG. This is the "high level" of the output of the comparators 1a-1c.
It is caused by the gradual change from "low level" to "low level" or "high level".

【0020】ここで、エラー補正回路51は前記スパイ
ク状のノイズが生じている部分をウインドウ・コンパレ
ータの出力で補正することにより、図7中(j)及び
(k)に示すように前記スパイク状のノイズを除去す
る。
Here, the error correction circuit 51 corrects the portion where the spike-like noise is generated by the output of the window comparator, so that the spike-like noise as shown in (j) and (k) of FIG. Remove the noise.

【0021】すなわち、図7中”イ”及び”ハ”のスパ
イク状のノイズはウインドウ・コンパレータ50aの出
力により、一方、図2中”ロ”及び”ニ”のスパイク状
のノイズはウインドウ・コンパレータ50bの出力によ
りそれぞれマスクをすることで除去することができる。
That is, the spike noises "a" and "c" in FIG. 7 are output from the window comparator 50a, while the spike noises "b" and "d" in FIG. It can be removed by masking each with the output of 50b.

【0022】また、最終段のウインドウ・コンパレータ
50cの出力(図7中(f))は図7中(l)に示すよ
うに、そのままディジタル出力信号100のLSBとし
て出力することができるので1段分の回路を削減でき
る。
The output of the window comparator 50c at the final stage ((f) in FIG. 7) can be directly output as the LSB of the digital output signal 100, as shown in (l) in FIG. The number of circuits can be reduced.

【0023】また、ウインドウ・コンパレータのウイン
ドウ幅は最終段のウインドウ・コンパレータ50cの
み”2LSB(ΔV=FS/16)”に等しく設定すれ
ば良く、ほかのウインドウ・コンパレータのウインドウ
幅は前記スパイク状のノイズをマスクするのに十分であ
れば特に厳密に設定する必要はない。
The window width of the window comparator may be set equal to "2LSB (ΔV = FS / 16)" only in the window comparator 50c at the final stage, and the window widths of the other window comparators are the same as those in the spike-like shape. If it is enough to mask noise, it does not need to be set strictly.

【0024】この結果、カスケードA/D変換器のコー
ドの変化をウインドウ・コンパレータで検出し、コード
の変化点で生じるノイズを除去することにより、全段を
1クロックで動作させることが可能になり、高速動作と
なる。
As a result, it becomes possible to operate all stages in one clock by detecting the code change of the cascade A / D converter with the window comparator and removing the noise generated at the code change point. , High speed operation.

【0025】但し、図6に示す従来例では各段の比較
器、D/A変換器、減算器等を経る信号経路の全体の増
幅度がコードの変わり目において極めて大きくなって、
セトリングが悪化し、ノイズが生じたり、安定性の確保
が困難になる場合があった。
However, in the conventional example shown in FIG. 6, the overall amplification degree of the signal path passing through the comparators, D / A converters, subtracters, etc. of the respective stages becomes extremely large at the code change,
In some cases, settling deteriorated, noise was generated, and it was difficult to ensure stability.

【0026】例えば、図8は比較器1a〜1c等の入出
力特性等を示す特性曲線図である。アナログ入力信号と
しては図8中”イ”に示すようなリンギングしながら前
記比較器のしきい値近傍で変動するパルス信号を仮定す
る。
For example, FIG. 8 is a characteristic curve diagram showing input / output characteristics and the like of the comparators 1a to 1c. It is assumed that the analog input signal is a pulse signal that fluctuates near the threshold value of the comparator while ringing as shown by "a" in FIG.

【0027】また、前記比較器の入出力特性は図8中”
ロ”に示すような特性であるので、図8中”イ”に示す
ようなアナログ入力信号が印加されると図8中”ハ”に
示すような出力信号を出力する。
The input / output characteristics of the comparator are shown in FIG.
Since the characteristics are as shown in "b", when an analog input signal as shown in "a" in FIG. 8 is applied, an output signal as shown in "c" in FIG. 8 is output.

【0028】図8中”ハ”に示す出力信号には図8中”
ニ”の部分にリンギングが現れており、このリンギング
は後段のD/A変換器、減算器及び他の比較器等を経る
ことにより増幅され続ける。実際にはアナログ入力が変
化するまでリンギングが存在することになりノイズの発
生原因となったり、安定動作に支障をきたす恐れがあ
る。
The output signal indicated by "C" in FIG.
The ringing appears in the part "2", and this ringing continues to be amplified by passing through the D / A converter, the subtracter and the other comparators in the subsequent stage. Actually, the ringing exists until the analog input changes. As a result, noise may be generated or stable operation may be hindered.

【0029】この場合には、前記比較器にヒステリシス
特性を持たせることにより改善される。例えば、図9は
ヒステリシス特性を有する比較器の入出力特性等を示す
特性曲線であり、アナログ入力信号としては図8中”
イ”と同様のパルス信号を仮定する。
In this case, it is improved by providing the comparator with a hysteresis characteristic. For example, FIG. 9 is a characteristic curve showing an input / output characteristic of a comparator having a hysteresis characteristic, and an analog input signal in FIG.
Assume a pulse signal similar to "a".

【0030】図9中”イ”はヒステリシス特性を有する
比較器の入出力特性であり、図9中”ロ”に示すような
パルス信号が印加されてもヒステリシス特性によりしき
い値近傍が不感帯になるため、出力信号は図9中”ハ”
に示すように入力のリンギングが吸収された信号にな
る。
"I" in FIG. 9 is the input / output characteristic of the comparator having a hysteresis characteristic. Even if a pulse signal as shown in "B" in FIG. 9 is applied, the hysteresis characteristic causes a dead zone near the threshold. Therefore, the output signal is "C" in Fig. 9.
As shown in, the input ringing becomes a absorbed signal.

【0031】この結果、比較器にヒステリシス特性を持
たせることにより、セトリング特性が向上する。また、
この不感帯の幅をウインドウ・コンパレータのウインド
ウ幅よりも小さくしておけばA/D変換の直流精度に対
して影響を与えることはない。
As a result, the settling characteristic is improved by providing the comparator with the hysteresis characteristic. Also,
If the width of this dead zone is made smaller than the window width of the window comparator, it does not affect the DC accuracy of A / D conversion.

【0032】[0032]

【発明が解決しようとする課題】しかし、比較器にヒス
テリシス特性を持たせた場合には出力コードの切り換わ
り目となる入力電圧がずれるため、ヒステリシスの幅を
広げるとA/D変換精度が悪化する。逆に、ヒステリシ
スの幅を狭くするとA/D変換精度は良いもののセトリ
ング特性が悪化し、ノイズが発生したり、動作が不安定
になったりする。さらに、比較器にヒステリシス特性を
持たせる回路を付加することにより比較器の伝播遅延時
間が増大すると言った課題があった。従って本発明が解
決しようとする課題は、セトリング特性を維持しながら
A/D変換精度を向上させ伝播遅延時間を改善すること
が可能なカスケードA/D変換器を実現することにあ
る。
However, when the comparator is provided with a hysteresis characteristic, the input voltage which is the switching point of the output code is deviated, so that widening the hysteresis width deteriorates the A / D conversion accuracy. To do. On the contrary, if the hysteresis width is narrowed, the A / D conversion accuracy is good, but the settling characteristic is deteriorated, and noise is generated or the operation becomes unstable. Further, there is a problem that the propagation delay time of the comparator increases by adding a circuit having a hysteresis characteristic to the comparator. Therefore, the problem to be solved by the present invention is to realize a cascade A / D converter capable of improving the A / D conversion accuracy and the propagation delay time while maintaining the settling characteristic.

【0033】[0033]

【課題を解決するための手段】このような課題を達成す
るために、本発明のうち請求項1記載の発明は、アナロ
グ入力信号をディジタル信号に変換する比較器と、この
比較器の出力を保持するラッチ回路と、前記比較器の出
力を再びアナログ信号に変換するD/A変換器と、この
D/A変換器の出力を前記アナログ入力信号から減算す
る減算器とを複数段カスケード接続して構成されるカス
ケードA/D変換器において、前記複数段の比較器のコ
ードの変化を検出する複数のウインドウ・コンパレータ
と、このウインドウ・コンパレータの出力に基づきコー
ドの変化点で生じるノイズを除去するエラー補正回路
と、前記複数段の比較器の遷移状態を検出する遷移状態
検出器と、この遷移状態検出器が遷移状態を検出した場
合に一定値のアナログ出力を出力し、前記遷移状態以外
の場合にはディジタル入力信号をアナログ信号に変換し
て出力する前記D/A変換器とを備えたことにより、セ
トリング特性を維持しながら伝播遅延時間を改善するこ
とが可能になる。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 of the present invention provides a comparator for converting an analog input signal into a digital signal and an output of this comparator. A latch circuit for holding, a D / A converter for converting the output of the comparator into an analog signal again, and a subtracter for subtracting the output of the D / A converter from the analog input signal are connected in cascade. In the cascade A / D converter configured as described above, a plurality of window comparators that detect a change in the code of the plurality of stages of comparators, and noise generated at the change point of the code based on the outputs of the window comparators are removed. an error correction circuit, and a transition state detector which detects the transition state of the comparator of said plurality of stages, places this transition state detector detects the transition state
Output a constant value of analog output when
In the case of, convert the digital input signal to an analog signal
The provision of the D / A converter for outputting as a signal makes it possible to improve the propagation delay time while maintaining the settling characteristic.

【0034】請求項2記載の発明は、請求項1記載の発
明であるカスケードA/D変換器において、前記遷移状
態検出器をウィンドウコ・ンパレータで構成することに
より、セトリング特性を維持しながら伝播遅延時間を改
善することが可能になる。
According to a second aspect of the present invention, in the cascade A / D converter according to the first aspect of the present invention, the transition state detector is constituted by a window comparator so that the propagation is performed while maintaining a settling characteristic. It becomes possible to improve the delay time.

【0035】請求項3記載の発明は、請求項1記載の発
明であるカスケードA/D変換器において、前記D/A
変換器を前記比較器の出力に基づきアナログ信号を出力
する差動回路と、前記遷移状態検出器の出力に基づき前
記差動回路の動作を制御する電流スイッチ回路とから構
成することにより、セトリング特性を維持しながら伝播
遅延時間を改善することが可能になる。
According to a third aspect of the present invention, in the cascade A / D converter according to the first aspect of the invention, the D / A
The converter includes a differential circuit that outputs an analog signal based on the output of the comparator, and a current switch circuit that controls the operation of the differential circuit based on the output of the transition state detector. It is possible to improve the propagation delay time while maintaining.

【0036】[0036]

【発明の実施の形態】以下本発明を図面を用いて詳細に
説明する。図1は本発明に係るカスケードA/D変換器
の一実施例の第1段部分を示す回路図である。基本的構
成は図6に示す従来例とほぼ同様であるので異なる点に
ついてのみ説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram showing a first stage portion of an embodiment of a cascade A / D converter according to the present invention. Since the basic structure is almost the same as the conventional example shown in FIG. 6, only different points will be described.

【0037】図1において4a,5a,5b,6,50
a及び100は図6と同一符号を付してあり、14はヒ
ステリシス特性を持たない通常の比較器、15は出力ス
イッチ機能を有するD/A変換器、16及び17は比較
器、18はNAND回路である。また、16,17及び
18はウィンドウ・コンパレータであり、遷移状態検出
器52を構成している。
In FIG. 1, 4a, 5a, 5b, 6, 50
Reference numerals a and 100 are the same as those in FIG. 6, 14 is a normal comparator having no hysteresis characteristic, 15 is a D / A converter having an output switch function, 16 and 17 are comparators, and 18 is a NAND. Circuit. Further, reference numerals 16, 17 and 18 denote window comparators, which form a transition state detector 52.

【0038】アナログ入力信号100は比較器14及び
5aの非反転入力端子、比較器5bの反転入力端子、減
算器4aの加算入力端子に入力される。比較器14の出
力はラッチ回路2a(図示せず。)、D/A変換器15
の入力端子、EOR回路9(図示せず。)の一方の入力
端子、比較器16の反転入力端子、比較器17の非反転
入力端子に接続され、D/A変換器15の出力は減算器
4aの減算入力端子に接続される。
The analog input signal 100 is input to the non-inverting input terminals of the comparators 14 and 5a, the inverting input terminal of the comparator 5b, and the addition input terminal of the subtractor 4a. The output of the comparator 14 is the latch circuit 2a (not shown) and the D / A converter 15.
Input terminal, one input terminal of the EOR circuit 9 (not shown), the inverting input terminal of the comparator 16 and the non-inverting input terminal of the comparator 17, and the output of the D / A converter 15 is a subtractor. 4a is connected to the subtraction input terminal.

【0039】また、比較器5a及び5bの出力はそれぞ
れAND回路6の入力端子に接続され、比較器16及び
17の出力はそれぞれNAND回路18の入力端子に接
続される。さらに、NAND回路18の出力はD/A変
換器15の制御入力端子に接続される。
The outputs of the comparators 5a and 5b are connected to the input terminals of the AND circuit 6, respectively, and the outputs of the comparators 16 and 17 are connected to the input terminals of the NAND circuit 18, respectively. Further, the output of the NAND circuit 18 is connected to the control input terminal of the D / A converter 15.

【0040】また、比較器14の反転入力端子は接地さ
れ、比較器5bの非反転入力端子には”+ΔV”の電圧
が、比較器5aの反転入力端子には”−ΔV”の電圧が
それぞれ印加される。さらに、比較器16の非反転入力
端子には”+Δv”の電圧が、比較器17の反転入力端
子には”−Δv”の電圧がそれぞれ印加される。但
し、”ΔV>Δv”である。
The inverting input terminal of the comparator 14 is grounded, the non-inverting input terminal of the comparator 5b is "+ ΔV", and the inverting input terminal of the comparator 5a is "-ΔV". Is applied. Further, the voltage of “+ Δv” is applied to the non-inverting input terminal of the comparator 16, and the voltage of “−Δv” is applied to the inverting input terminal of the comparator 17. However, “ΔV> Δv”.

【0041】ここで、図1に示す実施例の動作を図2、
図3及び図4を用いて説明する。図2は比較器14の入
出力特性を示す特性曲線図、図3は遅延時間を比較する
表、図4は遷移状態検出器52の動作を説明する表であ
る。但し、基本的な動作は図6に示す従来例と同様であ
るのでその説明は省略する。
The operation of the embodiment shown in FIG. 1 will now be described with reference to FIG.
This will be described with reference to FIGS. 3 and 4. 2 is a characteristic curve diagram showing the input / output characteristics of the comparator 14, FIG. 3 is a table for comparing delay times, and FIG. 4 is a table for explaining the operation of the transition state detector 52. However, since the basic operation is the same as that of the conventional example shown in FIG. 6, its explanation is omitted.

【0042】また、D/A変換器15は制御入力端子が
ハイレベル”の場合にアナログ出力を出力し、制御入力
端子が”ローレベル”の場合にはアナログ信号の出力を
停止させる。アナログ信号の出力が停止すると具体的に
はアナログ出力は出力が停止される直前の電圧値から”
0V”に遷移して安定する。
Further, the D / A converter 15 outputs an analog output when the control input terminal is "high level", and stops the output of the analog signal when the control input terminal is "low level". When the output of is stopped, specifically, the analog output starts from the voltage value immediately before the output is stopped.
It transitions to 0V "and stabilizes.

【0043】図2から比較器14はヒステリシス特性を
有しないので、出力コードの切り換わりのずれが生じず
にA/D変換精度が向上する。また、比較器14がヒス
テリシス特性を持たないことから、従来例の遅延時間で
ある図3中”DT01”の内”イ”に示すヒステリシス
特性を持たせる回路部分の遅延時間がなくなるので、図
1に示す実施例では図3中”DT02”に示すように遅
延時間が短くなる。特に後段のアナログ回路に対する遅
延が減少することになる。
From FIG. 2, since the comparator 14 does not have the hysteresis characteristic, the A / D conversion accuracy is improved without causing the deviation of the switching of the output code. Further, since the comparator 14 does not have the hysteresis characteristic, the delay time of the circuit portion having the hysteresis characteristic shown in "A" of "DT01" in FIG. 3 which is the delay time of the conventional example is eliminated. In the embodiment shown in FIG. 3, the delay time becomes short as shown by "DT02" in FIG. In particular, the delay with respect to the analog circuit in the subsequent stage is reduced.

【0044】一方、図4から遷移状態検出器52は比較
器14の出力”Vo14”が”−Δv<Vo14<+Δ
v”の場合にはその出力が”ローレベル”になり、”V
o14<−Δv”若しくは”Vo14>+Δv”の場合
にはその出力が”ハイレベル”になる。
On the other hand, from FIG. 4, in the transition state detector 52, the output “Vo14” of the comparator 14 is “−Δv <Vo14 <+ Δ.
In the case of "v", the output becomes "low level" and "V
When o14 <−Δv ”or“ Vo14> + Δv ”, the output becomes“ high level ”.

【0045】すなわち、比較器14の出力が”−Δv”
と”+Δv”の間の中間の値を取る場合(遷移状態)に
は遷移状態検出器52が動作してD/A変換器15の出
力を前述のように切り離す。このため、図8に示すよう
なアナログ入力信号が比較器14に入力された場合であ
っても図8中”ホ”に示す遷移状態内の比較回路14の
出力をアナログ信号に変換して出力することがなくな
り、入力のリンギングが吸収された信号をアナログ信号
に変換した信号のみがD/A変換器15から出力される
ことになる。
That is, the output of the comparator 14 is "-Δv".
In the case of taking an intermediate value between "+" and "+ Δv" (transition state), the transition state detector 52 operates to disconnect the output of the D / A converter 15 as described above. Therefore, even when an analog input signal as shown in FIG. 8 is input to the comparator 14, the output of the comparison circuit 14 in the transition state shown in “e” in FIG. 8 is converted into an analog signal and output. Therefore, only the signal obtained by converting the signal in which the input ringing is absorbed into the analog signal is output from the D / A converter 15.

【0046】また、D/A変換器15の制御入力端子
が”ローレベル”になるとアナログ出力は出力が停止さ
れる直前の電圧値から”0V”に遷移して安定するの
で、遷移状態から回復した場合のD/A変換器15のア
ナログ出力は”0V”から所定のアナログ値に遷移する
のでその遷移時間が短縮されることになる。
When the control input terminal of the D / A converter 15 becomes "low level", the analog output transits from the voltage value immediately before the output is stopped to "0V" and becomes stable, so that the transition state is recovered. In this case, the analog output of the D / A converter 15 makes a transition from "0V" to a predetermined analog value, so that the transition time is shortened.

【0047】この結果、通常の比較器14を用いると共
に比較器14の出力の遷移状態を検出する遷移状態検出
器52を設けて比較器14の出力が遷移状態の場合にD
/A変換器の出力を切り離すことにより、セトリング特
性を維持しながら出力コードの切り換わり精度を向上さ
せ伝播遅延時間を改善することが可能になる。
As a result, the normal comparator 14 is used, and the transition state detector 52 for detecting the transition state of the output of the comparator 14 is provided. When the output of the comparator 14 is in the transition state, D
By separating the output of the / A converter, it is possible to improve the switching accuracy of the output code and the propagation delay time while maintaining the settling characteristic.

【0048】また、D/A変換器15としては遷移検出
器52からの”ハイレベル”及び”ローレベル”の制御
信号によりその出力を”ON”、”OFF”する構成で
あれば良い。例えば、図5はこのようなD/A変換器の
一例を示す回路図である。図5において19及び20は
抵抗、21,22,23及び24はトランジスタ、25
は定電流源、200はディジタル信号、201は制御信
号,202及び203は差動のアナログ信号である。
Further, the D / A converter 15 may have a configuration in which its output is "ON" or "OFF" by the "high level" and "low level" control signals from the transition detector 52. For example, FIG. 5 is a circuit diagram showing an example of such a D / A converter. In FIG. 5, 19 and 20 are resistors, 21, 22, 23 and 24 are transistors, and 25
Is a constant current source, 200 is a digital signal, 201 is a control signal, and 202 and 203 are differential analog signals.

【0049】また、抵抗19及び20とトランジスタ2
1及び22は差動回路を構成し、トランジスタ23及び
24と定電流源25は電流スイッチ回路を構成してい
る。
Also, the resistors 19 and 20 and the transistor 2
1 and 22 form a differential circuit, and the transistors 23 and 24 and the constant current source 25 form a current switch circuit.

【0050】ディジタル信号200はトランジスタ21
のベースに接続され、制御信号201はトランジスタ2
3のベースに接続される。一方、トランジスタ22及び
24のベースには閾値電圧”Vth1”及び”Vth
2”がそれぞれ接続される。ちなみに、閾値電圧は”ハ
イレベル”と”ローレベル”との間の任意の電圧値とな
る。
The digital signal 200 is supplied to the transistor 21.
The control signal 201 is connected to the base of
3 connected to the base. On the other hand, the threshold voltages “Vth1” and “Vth” are applied to the bases of the transistors 22 and 24, respectively.
2 "are connected to each other. Incidentally, the threshold voltage has an arbitrary voltage value between" high level "and" low level ".

【0051】トランジスタ21のエミッタはトランジス
タ22のエミッタ及びトランジスタ23のコレクタに接
続され、トランジスタ23のエミッタはトランジスタ2
4のエミッタ及び定電流源25の一端に接続される。
The emitter of the transistor 21 is connected to the emitter of the transistor 22 and the collector of the transistor 23, and the emitter of the transistor 23 is the transistor 2
4 and an end of the constant current source 25.

【0052】また、トランジスタ21及び22のコレク
タは抵抗19及び20の一端に接続されると共にその接
続点から差動のアナログ信号202及び203を出力す
る。さらに、抵抗19及び20の他端、トランジスタ2
4のコレクタは正電圧源にそれぞれ接続され、定電流源
25の他端は負電圧源に接続される。
The collectors of the transistors 21 and 22 are connected to one ends of the resistors 19 and 20, and the differential analog signals 202 and 203 are output from the connection points. Further, the other ends of the resistors 19 and 20, the transistor 2
The collectors of 4 are respectively connected to a positive voltage source, and the other end of the constant current source 25 is connected to a negative voltage source.

【0053】ここで、図5に示すD/A変換器の動作を
説明する。制御信号201が”ハイレベル”であれは閾
値電圧”Vth2”よりも大きくなるのでトランジスタ
23が”ON”になり、トランジスタ24は”OFF”
になる。
The operation of the D / A converter shown in FIG. 5 will be described. When the control signal 201 is "high level", the threshold voltage is higher than "Vth2", so the transistor 23 is "ON" and the transistor 24 is "OFF".
become.

【0054】ここで、ディジタル信号200が”ハイレ
ベル”あればトランジスタ21が”ON”、トランジス
タ22が”OFF”になる。このため、抵抗19には電
流が流れて電圧降下が生じこの電圧降下分の電位がアナ
ログ信号202として出力され、抵抗20には電流が流
れないので正電圧源の電位がそのままアナログ信号20
3として出力される。
When the digital signal 200 is "high level", the transistor 21 is "ON" and the transistor 22 is "OFF". Therefore, a current flows through the resistor 19 and a voltage drop occurs, and the potential corresponding to this voltage drop is output as the analog signal 202. Since no current flows through the resistor 20, the potential of the positive voltage source remains the same as the analog signal 20.
It is output as 3.

【0055】一方、ここで、ディジタル信号200が”
ローレベル”あればトランジスタ21が”OFF”、ト
ランジスタ22が”ON”になる。このため、抵抗19
には電流が流れないので正電圧源の電位がそのままアナ
ログ信号202として出力され、抵抗20には電流が流
れて電圧降下が生じこの電圧降下分がアナログ信号20
3として出力される。従って、一方のアナログ信号を基
準とすればディジタル信号200により電圧降下分の正
負の電位が出力されることになる。
On the other hand, here, the digital signal 200 is "
If it is "low level", the transistor 21 will be "OFF" and the transistor 22 will be "ON".
Since no current flows through the analog signal 202, the potential of the positive voltage source is output as it is as the analog signal 202, and a current flows through the resistor 20 to cause a voltage drop.
It is output as 3. Therefore, if one of the analog signals is used as a reference, the digital signal 200 outputs positive and negative potentials corresponding to the voltage drop.

【0056】但し、制御信号201が”ローレベル”で
あれは閾値電圧”Vth2”よりも小さくなるのでトラ
ンジスタ23が”OFF”になり、トランジスタ24
は”ON”になる。このため、トランジスタ21及び2
2も”OFF”になり、抵抗19及び20には電流が流
れないので正電圧源の電位がそのままアナログ信号20
2及び203として出力されるためその差分は”0V”
になる。言い換えれば、制御信号201によりD/A変
換器15が制御され出力が停止したことを意味する。
However, when the control signal 201 is "low level", it becomes smaller than the threshold voltage "Vth2", so that the transistor 23 is turned "OFF" and the transistor 24 is turned off.
Turns on. Therefore, the transistors 21 and 2
2 also becomes "OFF", and no current flows through the resistors 19 and 20, so the potential of the positive voltage source remains the analog signal 20.
Since it is output as 2 and 203, the difference is "0V"
become. In other words, it means that the D / A converter 15 is controlled by the control signal 201 and the output is stopped.

【0057】なお、遷移状態検出器52を構成する各比
較器16及び17に印加される電圧”+Δv”及び”−
Δv”に関してはウィンドウ・コンパレータ50aに印
加される電圧である”ΔV”に対して”ΔV>Δv”と
することにより、ウィンドウ・コンパレータ50aの動
作には影響を及ぼさない。
The voltages "+ Δv" and "-" applied to the respective comparators 16 and 17 constituting the transition state detector 52.
Regarding Δv ”, by setting“ ΔV> Δv ”with respect to the voltage“ ΔV ”applied to the window comparator 50a, the operation of the window comparator 50a is not affected.

【0058】[0058]

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明によれば次のような効果がある。請求項1乃至請
求項3の発明によれば、通常の比較器を用いると共に比
較器の出力の遷移状態を検出する遷移状態検出器を設け
て比較器の出力が遷移状態の場合にD/A変換器の出力
を切り離すことにより、セトリング特性を維持しながら
A/D変換精度を向上させ伝播遅延時間を改善すること
が可能なカスケードA/D変換器が実現できる。
As is apparent from the above description,
The present invention has the following effects. According to the first to third aspects of the present invention, a normal comparator is used and a transition state detector for detecting the transition state of the output of the comparator is provided, and the D / A is used when the output of the comparator is in the transition state. By separating the output of the converter, it is possible to realize a cascade A / D converter that can improve the A / D conversion accuracy and the propagation delay time while maintaining the settling characteristic.

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

【図1】本発明に係るカスケードA/D変換器の一実施
例の第1段部分を示す回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a first stage portion of an embodiment of a cascade A / D converter according to the present invention.

【図2】比較器の入出力特性を示す特性曲線図である。FIG. 2 is a characteristic curve diagram showing input / output characteristics of a comparator.

【図3】遅延時間を比較する表である。FIG. 3 is a table comparing delay times.

【図4】遷移状態検出器の動作を説明する表である。FIG. 4 is a table illustrating the operation of the transition state detector.

【図5】D/A変換器の一例を示す回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram showing an example of a D / A converter.

【図6】従来のカスケードA/D変換器の一例を示す構
成ブロック図である。
FIG. 6 is a configuration block diagram showing an example of a conventional cascade A / D converter.

【図7】アナログ入力信号に対する各出力若しくは各入
力を示す特性曲線図である。
FIG. 7 is a characteristic curve diagram showing each output or each input with respect to an analog input signal.

【図8】比較器の入出力特性等を示す特性曲線図であ
る。
FIG. 8 is a characteristic curve diagram showing input / output characteristics of a comparator.

【図9】ヒステリシス特性を有する比較器の入出力特性
である。
FIG. 9 is an input / output characteristic of a comparator having a hysteresis characteristic.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1a,1b,1c,5a,5b,5c,5d,5e,5
f,14,16,17比較器 2a,2b,2c,2d ラッチ回路 3a,3b,15 D/A変換器 4a,4b 減算器 6,7,8,13 AND回路 9,11 EOR回路 10,12 OR回路 18 NAND回路 19,20 抵抗 21,22,23,24 トランジスタ 25 定電流源 50a,50b,50c ウインドウ・コンパレータ 51 エラー補正回路 52 遷移状態検出器 100 アナログ入力信号 101 ディジタル出力信号 200 ディジタル信号 201 制御信号 202,203 アナログ信号
1a, 1b, 1c, 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5
f, 14, 16, 17 Comparators 2a, 2b, 2c, 2d Latch circuits 3a, 3b, 15 D / A converters 4a, 4b Subtractors 6, 7, 8, 13 AND circuits 9, 11 EOR circuits 10, 12 OR circuit 18 NAND circuit 19, 20 Resistors 21, 22, 23, 24 Transistor 25 Constant current sources 50a, 50b, 50c Window comparator 51 Error correction circuit 52 Transition state detector 100 Analog input signal 101 Digital output signal 200 Digital signal 201 Control signal 202, 203 Analog signal

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−252759(JP,A) 特開 平9−238077(JP,A) 実開 平6−77344(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03M 1/00 - 1/88 Continuation of the front page (56) References JP-A-6-252759 (JP, A) JP-A-9-238077 (JP, A) Actual Kaihei 6-77344 (JP, U) (58) Fields investigated (Int .Cl. 7 , DB name) H03M 1/00-1/88

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】アナログ入力信号をディジタル信号に変換
する比較器と、この比較器の出力を保持するラッチ回路
と、前記比較器の出力を再びアナログ信号に変換するD
/A変換器と、このD/A変換器の出力を前記アナログ
入力信号から減算する減算器とを複数段カスケード接続
して構成されるカスケードA/D変換器において、 前記複数段の比較器のコードの変化を検出する複数のウ
インドウ・コンパレータと、 このウインドウ・コンパレータの出力に基づきコードの
変化点で生じるノイズを除去するエラー補正回路と、 前記複数段の比較器の遷移状態を検出する遷移状態検出
器と、 この遷移状態検出器が遷移状態を検出した場合に一定値
のアナログ出力を出力し、前記遷移状態以外の場合には
ディジタル入力信号をアナログ信号に変換して出力する
前記D/A変換器とを備えたことを特徴とするカスケー
ドA/D変換器。
1. A comparator for converting an analog input signal into a digital signal, a latch circuit for holding the output of the comparator, and a D for converting the output of the comparator into an analog signal again.
A / A converter and a subtractor that subtracts the output of the D / A converter from the analog input signal in a cascade connection in a plurality of stages. A plurality of window comparators that detect code changes, an error correction circuit that removes noise generated at code change points based on the output of the window comparators, and a transition state that detects the transition states of the comparators at the plurality of stages. Detector and a constant value if this transition state detector detects a transition state
Output analog output of
A cascade A / D converter comprising the D / A converter for converting a digital input signal into an analog signal and outputting the analog signal .
【請求項2】前記遷移状態検出器が、 ウィンドウ・コンパレータで構成されたことを特徴とす
る請求項1のカスケードA/D変換器。
2. The cascade A / D converter according to claim 1, wherein the transition state detector is composed of a window comparator.
【請求項3】前記D/A変換器が、 前記比較器の出力に基づきアナログ信号を出力する差動
回路と、 前記遷移状態検出器の出力に基づき前記差動回路の動作
を制御する電流スイッチ回路とから構成されたことを特
徴とする請求項1のカスケードA/D変換器。
3. A differential circuit in which the D / A converter outputs an analog signal based on the output of the comparator, and a current switch which controls the operation of the differential circuit based on the output of the transition state detector. The cascade A / D converter according to claim 1, wherein the cascade A / D converter comprises a circuit.
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