JP3597058B2 - 電圧比較器及びa/d変換器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電圧比較器に関し、例えばA/D(アナログ/ディジタル)変換器に適用して有効な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
アナログ信号をディジタル信号に変換するA/D変換器の一例としてフラッシタイプがある。このフラッシュタイプのA/D変換器においては、入力された電圧レベルを比較する電圧比較回路が設けられる。この電圧比較回路は、入力信号を差動増幅する差動部と、その後段に配置され、上記プリアンプ部の出力信号所定のタイミングでラッチするラッチ部とを含んで構成される。ラッチ部にクロック信号が入力されるようになっており、このクロック信号がハイレベルのときにプリアンプとして動作され、クロック信号がローレベルのときにはラッチとして動作する。
【0003】
そのような回路について記載された文献の例としては、「IEEE JOURNAL OF SOLID−STATE CIRCUITS VOL.30,NO.12,DECEMBER 1995」がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
例えば図14に示されるように、電圧比較回路に前段回路からの出力信号が伝達される場合を考える。電圧比較回路2は、前段回路1からの信号を取り込むための第1入力端子と、この入力端子から入力される信号と比較される信号を取り込むための第2入力端子と、上記第1入力端子から入力された信号と上記第2入力端子から入力された信号との比較結果を出力するための出力端子とを有する。そして、クロック信号CP1の第1論理状態の期間では上記第1入力端子から入力された信号と上記第2入力端子から入力された信号とを差動増幅するアンプとして動作し、クロック信号CP1の第2論理状態の期間では上記差動増幅結果を上記外部端子に伝達するとともに、その論理状態を保持する。そのような回路について本願発明者が検討したところ、以下の点で改良すべき必要のあることが見い出された。
【0005】
図15及び図16には、図14に示される回路の動作タイミングが示される。
【0006】
図15及び図16において、aは前段回路1の入力端子の信号波形、bは前段回路1の出力信号波形(電圧比較回路2の入力信号波形)、cは電圧比較回路2の出力信号波形であり、preはプリアンプ動作状態を示し、latchはラッチ状態を示す。前段回路1の入力は、トラック・ホールド回路によりサンプリングされた波形が入力されるとする。
【0007】
電圧比較回路2では、ホールド中にプリアンプが動作し、ラッチ期間には次のデータへのトラックが開始されるとする。図15に示されるように、今変換中のデータの信号が正負入力の差が小さく次のデータが反対の極性に大きい場合、いくらラッチ中のゲインが高いとはいえ、出力が過渡状態で振幅が大きくなる前に次データの大きな信号が入力されるとラッチ中であるはずの電圧比較回路の出力論理が反転(ラッチ反転という)することがある。
【0008】
また、前データの信号の正負入力の差が大きく、それに対してこれから変換しようとするデータが反対の極性でしかも小さい場合、前段回路1の駆動力が不足して入力データのセットリングが遅いと、信号の極性が正しくなる前にプリアンプからラッチ期間に移行し、誤判定する可能性がある。セットリングを速くするためには、前段回路の駆動能力を上げれば良いが、そうすると消費電力が大きくなってしまうので好ましくない。
【0009】
本発明の目的は、ラッチ出力の振幅が大きくなる前に次データの大きな信号が入力されても、ラッチ中の電圧比較回路出力が反転されるのを防止するための技術を提供することにある。
【0010】
また、本発明の別の目的は、前段回路のセットリングの不足を補うための技術を提供することにある。
【0011】
さらに本発明の別の目的は、プリアンプ期間でのセットリング不足に起因する誤判定を防止するための技術を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。
【0013】
すなわち、信号を取り込むための第1入力端子と、上記第1入力端子から入力される信号と比較される信号を取り込むための第2入力端子と、上記第1入力端子から入力された信号と上記第2入力端子から入力された信号との比較結果を出力するための出力端子とを有し、制御信号の第1論理状態の期間では上記第1入力端子から入力された信号と上記第2入力端子から入力された信号とを差動増幅するアンプとして動作し、制御信号が第2論理状態の期間では上記差動増幅結果を上記出力端子に伝達するとともに、その論理状態を保持するラッチとして動作する比較回路(34−1)を設け、上記比較回路がラッチとして動作される期間に上記第1入力端子と上記第2入力端子とを短絡するための第1スイッチ回路(3−3)を設けることで電圧比較器を構成する。
【0014】
上記した手段によれば、第1スイッチ回路は、電圧比較器の前段に配置される回路の出力をリセットする。このことが、前段回路のセットリング不足による論理誤判定の低減を達成する。
【0015】
上記第1入力端子へ電圧比較における参照電圧(VREF)が入力されるとき、上記第2入力端子への信号伝達経路上であって上記第1スイッチ回路から上記第2入力端子に至る経路を除いた箇所に、上記第1スイッチ回路と相補的に動作される第2スイッチ回路(3−1)を設けると、ラッチ出力の振幅が大きくなる前に次データの大きな信号が入力されても、ラッチ中は電圧変換回路の入力端子が前段から切り離されて、同電位にされるので、次データの影響を排除でき、ラッチ中の電圧比較器の出力論理が反転されるのを防止できる。また、前段回路が電圧比較回路入力端子から切り離されるので、前段回路の負荷低減により、前段回路のセットリングの向上を図ることができる。
【0016】
同様の作用効果を得るため、上記第1入力端子への信号伝達経路上であって上記第1スイッチ回路から上記第1入力端子に至る経路を除いた箇所に、上記第1スイッチ回路と相補的に動作される第2スイッチ回路(3−1)を設け、上記第2入力端子への信号伝達経路上であって上記第1スイッチ回路から上記第2入力端子に至る経路を除いた箇所に、上記第1スイッチ回路と相補的に動作される第3スイッチ回路(3−2)を設けることができる。
【0017】
上記第1入力端子への信号伝達経路上であって上記第2スイッチ回路から上記第1入力端子に至る経路を除いた箇所と、上記第2入力端子への信号伝達経路上であって上記第3スイッチ回路から上記第2入力端子に至る経路を除いた箇所とを短絡するための第4スイッチ回路(3−5)を設けることができる。
【0018】
上記第1スイッチ回路が、互いに直列接続されるとともに互いに連動される二つのスイッチ素子(3−3−1,3−3−2)を含んで成るとき、この二つのスイッチ素子の直列接続ノードにバイアス電圧(81)が印加されるように構成することができる。
【0019】
プルアップ素子により信号線の負荷が増大されるのを回避するには、上記第1スイッチ回路が、互いに直列接続されるとともに互いに連動される二つのスイッチ素子を含んで成るとき、この二つのスイッチ素子の直列接続ノードに電源電圧を印加するためのプルアップ素子(91)を設けるとよい。
【0020】
信号を取り込むための第1入力端子(IN1)と、上記第1入力端子から入力される信号と比較される信号を取り込むための第2入力端子(IN2)と、信号を取り込むための第3入力端子(IN3)と、上記第3入力端子から入力される信号と比較される信号を取り込むための第4入力端子(IN4)と、入力信号の比較結果を出力可能な出力端子とを有し、上記第1入力端子から入力された信号と上記第2入力端子から入力された信号との第1比較結果と、上記記第3入力端子から入力された信号と上記第4入力端子から入力された信号との第2比較結果とを比較してその比較結果を上記出力端子から出力可能な比較回路(34−1)を設け、制御信号の第1論理状態の期間では、上記第1入力端子から入力された信号と上記第2入力端子から入力された信号の差電圧、及び上記第3入力端子から入力された信号と上記第4入力端子から入力された信号の差電圧を差動増幅するアンプとして動作し、制御信号が第2論理状態の期間では上記差動増幅結果を上記外部端子に伝達するとともに、その論理状態を保持するラッチとして動作可能な比較回路を設け、上記比較回路がラッチとして動作される期間に上記第1入力端子と上記第2入力端子とを短絡するための第1スイッチ回路(3−3)と、上記比較回路がラッチとして動作される期間に上記第3入力端子と上記第4入力端子とを短絡するための第2スイッチ回路(3−4)とを設けて電圧比較回路を構成することができる。
【0021】
上記第2入力端子への信号伝達経路上であって上記第1スイッチ回路から上記第2入力端子に至る経路を除いた箇所に上記第1スイッチ回路と相補的に動作される第3スイッチ回路(3−1)を設け、上記第3入力端子への信号伝達経路上であって上記第2スイッチ回路から上記第3入力端子に至る経路を除いた箇所に上記第2スイッチ回路と相補的に動作される第4スイッチ回路(3−2)を設けることができる。
【0022】
電圧比較回路の内部におけるセットリング不足に起因する誤判定を防止するには、上記比較回路の出力端子が、相補レベルの信号を出力するための第1出力端子と第2出力端子を含むとき、電圧比較回路がアンプとして動作する期間の前半に上記第1出力端子と第2出力端子とを短絡するための短絡用スイッチ回路を設けるとよい。
【0023】
上記構成の電圧比較回路と、電圧比較回路の出力信号を保持するためのラッチ回路とを含んでA/D変換器を構成することができる。
【0024】
【発明の実施の形態】
図3には本発明の一例であるA/D変換器の構成例が示される。
【0025】
図3に示されるA/D変換器300は、特に制限されないが、フラッシュタイプとされ、入力端子AINP,AINMから入力されたアナログ信号が6ビットのディジタル信号に変換されて、出力端子D0−5から出力されるようになっている。
【0026】
入力されたアナログ信号AINP,AINMを制御信号THに従ってトラック及びホールドするためのトラック/ホールド(T/H)回路31が設けられる。このトラック/ホールド回路31の出力信号は、後段のレベルシフト回路群32に入力されるようになっている。
【0027】
レベルシフト回路群32は、特に制限されないが、63個のレベルシフト回路から成る。個々のレベルシフト回路は4入力とされ、参照電圧発生回路30で発生された参照電圧又はそれが分圧抵抗群37で適宜に分圧された差動参照電圧と、上記トラック/ホールド回路31から伝達された差動信号との差動増幅が行われることで、一対の差動信号に変換される。参照電圧発生回路30には基準電圧VRT,VRBが入力され、これに基づいて参照電圧が形成されるようになっている。
【0028】
レベルシフト回路群32の後段には、ラッチ中の電圧比較回路の出力が反転されるのを防止したり、セットリングの高速化あるいはセットリング不足による誤判定防止を図るためのリセット回路群33が配置される。このリセット回路群33は、特に制限されないが、上記レベルシフト回路に対応して63個のリセット回路から成る。
【0029】
リセット回路群33の後段には電圧比較回路群34が配置される。この電圧比較回路群34は、特に制限されないが、上記リセット回路に対応して63個の電圧比較回路から成る。個々の電圧比較回路は、制御信号の第1論理状態の期間では入力された信号を差動増幅するアンプとして動作し、制御信号が第2論理状態の期間では上記差動増幅結果を上記外部端子に伝達するとともに、その論理状態を保持するラッチとして機能する。
【0030】
電圧比較回路群34の後段にはラッチ群35が配置される。このラッチ群35は、上記電圧比較回路に対応して63個のラッチから成る。個々のラッチは、対応する電圧比較回路の出力信号をラッチして後段のエンコーダ36に伝達する。
【0031】
エンコーダ36は、上記ラッチ群35の出力信号をエンコードすることで6ビット構成のディジタル信号D0〜5を形成する。
【0032】
また、バイアス回路38が設けられ、入力されたバイアス電圧VBに基づいて、各部に供給されるバイアス電圧が形成されるようになっている。
【0033】
さらに、クロック信号CLK、リセット信号RESB、イネーブル信号ACTに基づいて各部の動作制御信号を形成するためのコントローラ39が設けられている。
【0034】
図1には、図3に示されるA/D変換器300の主要構成が示される。
【0035】
レベルシフト回路32−1は、レベルシフト群32を構成する複数のレベルシフト回路のうちの一つであり、リセット回路33−1は、リセット回路群33を構成する複数のリセット回路のうちの一つであり、電圧比較回路34−1は、電圧比較回路群34を構成する複数の電圧比較回路のうちの一つであり、ラッチ35−1は、ラッチ群35を構成する複数のラッチのうちの一つである。
【0036】
リセット回路33−1は、特に制限されないが、スイッチ回路3−1,3−2,3−3を含んで成る。
【0037】
スイッチ回路3−3は、電圧比較回路34−1における第1入力端子と第2入力端子とを短絡するために設けられる。スイッチ回路3−3は、コントローラ39から伝達されるクロック信号CPR1によってオン/オフ動作が制御される。このクロック信号CPR1は、電圧比較回路34−1がラッチとして動作される期間にハイレベルにアサートされる。それによってスイッチ回路3−3は、電圧比較回路34−1がラッチとして動作される期間にオンされて、電圧比較回路34−1における第1入力端子と第2入力端子とを短絡する。
【0038】
スイッチ3−1,3−2は、それぞれ前段回路32−1から電圧比較回路34−1に至る信号伝達経路を所定のタイミング切断するために設けられる。スイッチ回路3−1,3−2は、コントローラ39から伝達されるクロック信号CPR1Bによってオン/オフ動作が制御される。クロック信号CPR1Bは、上記スイッチ回路3−3に供給されるクロック信号CPR1の論理反転信号である。それにより、スイッチ回路3−1,3−2と、スイッチ回路3−3とは相補的に動作される。つまり、スイッチ回路3−3がオンされて電圧比較回路の入力端子が短絡されている期間においては、スイッチ回路3−1,3−2はオフされて、前段回路32−1から電圧比較回路34−1に至る信号伝達経路が切断される。逆にスイッチ回路3−3がオフされている期間では、スイッチ回路3−1,3−2がオンされて、前段回路32−1から電圧比較回路34−1に至る信号伝達経路が形成される。
【0039】
図4には、上記リセット回路33−1及び電圧比較回路34−1の詳細な構成例が示される。
【0040】
リセット回路33−1は、特に制限されないが、次のように構成される。
【0041】
スイッチ回路3−1,3−2,3−3は、それぞれpチャンネル型MOSトランジスタとnチャンネル型MOSトランジスタとが並列接続されて成るCMOSトランスファによって構成される。すなわち、スイッチ回路3−1は、pチャンネル型MOSトランジスタQ1とnチャンネル型MOSトランジスタQ2とが並列接続されて成り、スイッチ回路3−2は、pチャンネル型MOSトランジスタQ5とnチャンネル型MOSトランジスタQ6とが並列接続されて成り、スイッチ回路3−3は、pチャンネル型MOSトランジスタQ3とnチャンネル型MOSトランジスタQ4とが並列接続されて成る。コントローラ39からのクロック信号CPR1は、スイッチ回路3−1,3−2におけるpチャンネル型MOSトランジスタQ1,Q5、及びスイッチ回路3−3におけるnチャンネル型MOSトランジスタQ4に入力される。他方、コントローラ39からのクロック信号CPR1Bは、スイッチ回路3−1,3−2におけるnチャンネル型MOSトランジスタQ2,Q6、及びスイッチ回路3−3におけるpチャンネル型MOSトランジスタQ3に入力される。これにより、スイッチ回路3−1,3−2と、スイッチ回路3−3とが相補的に動作される。
【0042】
尚、上記MOSトランジスタQ1〜Q6は、電源電圧が低い場合でも正常に動作するように、しきい値が低く設定されている。
【0043】
電圧比較回路34−1は、特に制限されないが、次のように構成される。
【0044】
pチャンネル型MOSトランジスタQ8,Q9が差動結合される。pチャンネル型MOSトランジスタQ8のソース電極とpチャンネル型MOSトランジスタQ9のソース電極とは、pチャンネル型MOSトランジスタQ7を介して高電位側電源AVDD1に結合される。pチャンネル型MOSトランジスタQ7は、そのゲート電極に所定のバイアス電圧VGPが供給されることにより定電流源として機能する。また、pチャンネル型MOSトランジスタQ8,Q9はそれぞれ定電流源341,342を介してアナロググランドAGND1に結合される。pチャンネル型MOSトランジスタQ8のゲート電極、及びpチャンネル型MOSトランジスタQ9のゲート電極からこの電圧比較回路34−1の入力端子INP,INMが引き出される。また、pチャンネル型MOSトランジスタQ8のドレイン電極、及びpチャンネル型MOSトランジスタQ9のドレイン電極から差動出力が得られる。この差動出力は、後段のnチャンネル型MOSトランジスタQ10のソース電極、及びnチャンネル型MOSトランジスタQ11のソース電極に伝達される。nチャンネル型MOSトランジスタQ10,Q11のゲート電極には所定のバイアス電圧VB1が供給される。nチャンネル型MOSトランジスタQ10,Q11のドレイン電極は、それぞれpチャンネル型MOSトランジスタQ12,Q13を介して高電位側電源AVDD1に結合される。pチャンネル型MOSトランジスタQ12のゲート電極はpチャンネル型MOSトランジスタQ13のドレイン電極に結合され、pチャンネル型MOSトランジスタQ13のゲート電極はpチャンネル型MOSトランジスタQ12のドレイン電極に結合されることで、フリップフロップが構成される。pチャンネル型MOSトランジスタQ12のドレイン電極、及びpチャンネル型MOSトランジスタQ13のドレイン電極からこの電圧比較回路34−1の出力端子が引き出され、それは後段のラッチ回路35−1に結合される。また、pチャンネル型MOSトランジスタQ12のドレイン電極、及びpチャンネル型MOSトランジスタQ13のドレイン電極を短絡するようにpチャンネル型MOSトランジスタQ14が設けられている。このpチャンネル型MOSトランジスタQ14のゲート電極には、コントローラ39からのクロック信号CP1Bが伝達される。Pチャンネル型MOSトランジスタQ14がオンされる期間、入力信号を差動増幅するプリアンプとして動作し、Pチャンネル型MOSトランジスタQ14がオフされる期間では上記差動増幅結果を出力端子から出力するとともに、それを保持するラッチとして動作する。
【0045】
尚、上記MOSトランジスタQ1〜Q6は、電源電圧が低い場合でも正常に動作するように、しきい値が低く設定されている。
【0046】
図5には、上記ラッチ35−1の構成例が示される。
【0047】
ラッチ35−1は、特に制限されないが、カスコードラッチ部51、RTZラッチ部52、及びNORラッチ部53から成る。
【0048】
カスコードラッチ部51は次のように構成される。
【0049】
電圧比較回路34−1からの出力信号を取り込むためのpチャンネル型MOSトランジスタQ20,Q22が設けられる。このpチャンネル型MOSトランジスタQ20,Q22のソース電極は高電位側電源AVDD2に結合される。また、pチャンネル型MOSトランジスタQ20,Q22のドレイン電極は、それぞれpチャンネル型MOSトランジスタQ21,Q23を介してnチャンネル型MOSトランジスタQ25,Q26のドレイン電極に結合される。Q21、Q23のゲート電極には所定のバイアス電圧VB2が供給される。nチャンネル型MOSトランジスタQ25のゲート電極はnチャンネル型MOSトランジスタQ26のドレイン電極に結合され、nチャンネル型MOSトランジスタQ26のドレイン電極はnチャンネル型MOSトランジスタQ25のゲート電極に結合される。nチャンネル型MOSトランジスタQ25,Q26のソース電極はアナロググランドAGND2に結合される。また、nチャンネル型MOSトランジスタQ25,Q26のドレイン電極からこのカスコードラッチ部51の出力端子が引き出される。nチャンネル型MOSトランジスタQ25,Q26のドレイン電極を短絡するようにnチャンネル型MOSトランジスタQ24が設けられる。このnチャンネル型MOSトランジスタQ24のゲート電極にはコントローラ39からの制御信号CP2が伝達されるようになっている。
【0050】
リセットによりノードが中間レベルにされると、回路に貫通電流が流れるおそれがある。そこで、このリセット期間においてノードをローレベルにすることで、中間レベルを作らないようにする。それを可能にするのが、RTZラッチ部52であり、次のように構成される。
【0051】
上記カスコードラッチ部51の出力信号を受けるためのnチャンネル型MOSトランジスタQ30,Q33が設けられる。このnチャンネル型MOSトランジスタQ30,Q33のソース電極はアナロググランドAGND2に結合され、ドレイン電極は、それぞれpチャンネル型MOSトランジスタQ28,Q29のドレイン電極に結合されている。pチャンネル型MOSトランジスタQ28,Q29のソース電極はpチャンネル型MOSトランジスタQ27を介して高電位側電源AVDD2に結合されている。pチャンネル型MOSトランジスタQ28のドレイン電極はpチャンネル型MOSトランジスタQ29のゲート電極に結合され、pチャンネル型MOSトランジスタQ29のドレイン電極はpチャンネル型MOSトランジスタQ28のゲート電極に結合される。また、pチャンネル型MOSトランジスタQ28のドレイン電極やpチャンネル型MOSトランジスタQ29のゲート電極をアナロググランドAGND2のレベルにするためのnチャンネル型MOSトランジスタQ31、及びpチャンネル型MOSトランジスタQ29のドレイン電極やpチャンネル型MOSトランジスタQ28のゲート電極をアナロググランドAGND2のレベルにするためのnチャンネル型MOSトランジスタQ32が設けられている。上記pチャンネル型MOSトランジスタQ27及びnチャンネル型MOSトランジスタQ31,Q32のゲート電極にはコントローラ39からの制御信号CP3が入力される。この制御信号CP3に同期してnチャンネル型MOSトランジスタQ31,Q32の動作が制御されることにより、リセット毎にRTZラッチ部52の出力ノードがアナロググランドAGND2のレベルにほぼ等しくされる。
【0052】
上記のようにリセット毎にRTZラッチ部52の出力ノードがアナロググランドAGND2のレベルにほぼ等しくされると、データの保持期間が短くなり、エンコーダ36でのエンコードに支障を来すことが考えられる。そこで、データの保持期間を長くするために、NORラッチ部53が設けられている。このNORラッチ部53は、二つのノアゲートNOR1,NOR2が結合されて成る。このNORラッチ部53から、ラッチ35−1の信号出力OUTP,OUTMが得られる。
【0053】
上記構成によれば以下の作用効果を有する。
【0054】
図2にはA/D変換器300における主要部の動作タイミング示される。
【0055】
resはリセット、inは信号取り込み、preはプリアンプ状態、latchはラッチ状態をそれぞれ示している。
【0056】
電圧比較回路34は、クロック信号CP1がハイレベルのときプリアンプとして動作し、クロック信号CP1がローレベルのときはラッチとして動作する。
【0057】
スイッチ3−1,3−2はクロック信号CPR1がローレベルのとき、すなわちクロック信号CPR1と相補的な信号CPR1Bがハイレベルのときオンし、スイッチ3−3はクロック信号CPR1がハイレベルのときオンする。
【0058】
図2に示されるようにクロック信号CP1とCPR1はクロック信号CP1がハイレベルになってからクロック信号CPR1がローレベルとなるような相補的かつ若干ディレイをもった信号とする。
【0059】
クロック信号CPR1がローレベルのとき、スイッチ3−1,3−2がオンされ、レベルシフト回路32−1の出力信号b−1が電圧比較回路34の入力b−2に伝達される。このときクロック信号CP1はハイレベルとされ、電圧比較回路34はプリアンプとして動作される。
【0060】
次にクロック信号CP1がローレベルとなり、電圧比較回路34がラッチ動作を始めたら、クロック信号CPR1がハイレベルにされて、スイッチ3−1,3−2がオフされる。これによりスイッチ3−3がオンされて電圧比較回路34の入力端子側b−2がレベルシフト回路32−1の出力側b−1から切り離され、電圧比較回路34−1の正負の入力端子が短絡されて同電位にリセットされる。
【0061】
このように同電位にリセットされることによりラッチ動作中において、ラッチ動作中ラッチの利得やスピードが不十分で振幅が十分に増幅される前に、レベルシフト回路32−1の出力b−1がどんなに大きく変化しても、ラッチが反転することを防止できる。
【0062】
さらに、レベルシフト回路32−1の入力がトラック/ホールドされたようなステップ波形の場合、クロック信号CPR1がハイレベルでスイッチ3−1,3−2がオフの期間はレベルシフト回路32−1のセットリング期間に相当する。
【0063】
従って、スイッチ3−1,3−2がオフして電圧比較回路34の入力端子が切り離されているため、レベルシフト回路32−1の負荷が軽くなり、セットリングを高速化することができる。
【0064】
図6には別の構成例が示される。
【0065】
電圧比較回路34−1のプリアンプ動作のセットリングが遅く誤判定する場合は、電圧比較回路34−1の出力にリセット回路44−1を設ける。このリセット回路44−1は、電圧比較回路34−1の反転及び非反転出力端子を短絡するスイッチ回路4−1で構成される。
【0066】
図7には図6に示される回路の主要動作タイミングが示される。
【0067】
図7示されるように、クロック信号CP1がハイレベルの期間の前半にクロック信号CPR2がハイレベルされる。
【0068】
クロック信号CP1がハイレベルとなり電圧比較回路34がプリアンプ動作を開始したとき、同時にクロック信号CPR2がハイレベルとなり、スイッチ4−1がオンし電圧比較回路34の反転及び非反転出力端子が短絡され、同電位にリセットされる。これにより、ラッチ動作中に大きく振れた出力の振幅が速やかに中心レベルに戻され、その後、コントローラ39によってクロック信号CPR2がローレベルにされて実質的なプリアンプ動作に入るようになっているので、例えプリアンプセットリングが遅くても極性を誤ることは無く、プリアンプセットリング不足による誤判定を防止できる。また、前回のデータの影響を受けずヒステリシスを低減することができる。
【0069】
以上本発明者によってなされた発明を具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【0070】
例えば、図8に示されるように、電圧比較回路34−1の入力端子を短絡するための第1スイッチ素子3−3−1と第2スイッチ素子3−3−2とを互いに直列接続し、この直列接続ノードとアナロググランドとの間に所定のバイアス電圧を供給するためのバイアス電源81を設けることができる。第1スイッチ素子3−3−1と第2スイッチ素子3−3−2との直列接続回路は、図1におけるスイッチ回路3−3に対応し、いずれもクロック信号CPR1によってオン/オフ動作が制御される。
【0071】
かかる構成によれば、入力リセット時にスイッチ素子3−3−1,3−3−2がオンされることにより、電圧比較回路34−1の入力端子に直流電圧が供給されるので、入力端子がフローティング状態になることが防止される。
【0072】
また、図9に示されるように、第1スイッチ素子3−3−1と第2スイッチ素子3−3−2との直列接続ノードに、信号線を高電位側電源電圧レベルにプルアップするためのプルアップ用のMOSトランジスタ91を設けることができる。この場合、入力リセット時にスイッチ素子3−3−1,3−3−2がオンされることにより、電圧比較回路34−1の入力端子が回路の非動作時のみオンするMOSトランジスタによって高電位側電源電圧レベルにプルアップされる。プルアップの目的は、電圧比較回路34−1の非動作時(パワーダウン時)にその入力端子をハイレベルに論理固定することであり、スイッチ素子3−3−1,3−3−2がオンされた場合に、プルアップ用のMOSトランジスタ91が電圧比較回路34−1の入力端子に結合されれば、それで十分である。電圧比較回路34−1の非動作時にスイッチ素子3−3−1,3−3−2は必ずオンされる。かかる構成によれば、スイッチ素子3−3−1,3−3−2がオフされている期間は、プルアップ用のMOSトランジスタ91が電圧比較回路34−1の入力端子から切り離されているため、プルアップ用のMOSトランジスタ91を設けたにもかかわらず、前段回路32−1からみた負荷の増大を防ぐことができる。尚、プルアップ用のMOSトランジスタに代えてプルダウン用のMOSトランジスタを適用しても良い。
【0073】
図10に示されるように、リセット回路33−1を短絡用のスイッチ回路33−3のみで構成してもよい。尚、この場合のスイッチ回路33−1は、図8及び図9に示されるようにスイッチ素子3−3−1,3−3−2の直列回路とし、それにバイアス電源81やプルアップ用のMOSトランジスタ91を設けることができる。かかる構成では、図1に示されるスイッチ回路1−1,1−2が存在しないため、それらによる作用効果は望めないが、前段回路32−1の出力をリセットする作用により、前段回路32−1の出力振幅を小さくでき、ラッチの反転やセットリング不足に起因する誤判定を低減できる。
【0074】
図11に示されるように、前段回路32−1の出力端子を短絡可能なスイッチ回路3−5を設けることができる。換言すれば、電圧比較回路34−1の一方の入力端子への信号伝達経路上であってスイッチ回路3−1から上記一方の入力端子に至る経路を除いた箇所と、電圧比較回路34−1の他方の入力端子への信号伝達経路上であってスイッチ回路3−2から上記他方の入力端子に至る経路を除いた箇所とを短絡するための第4スイッチ3−5を設けても良い。同様のことは、図8及び図9に示される構成の場合にもいえる。かかる構成では、ラッチ中の電圧比較回路34−1の出力論理が反転されるのを防止できるのに加えて、前段回路32−1の出力をリセットする効果により、前段回路32−1のセットリング不足に起因する誤判定を低減できる。
【0075】
図12に示されるように、電圧比較回路34−1の一方の入力端子に所定レベルの参照電圧VREFが供給される場合、当該参照電圧VREFが入力される端子には、図1、図8、及び図9におけるスイッチ回路3−2に相当するスイッチ回路を設ける必要が無い。
【0076】
さらに、図13に示されるように電圧比較回路34−1が、4つの入力端子IN1〜IN4を有する場合がある。第1入力端子IN1の電位と第2入力端子IN2の電位との比較結果を第1比較結果とし、第3入力端子IN3の電位と第4入力端子IN4の電位との比較結果を第2比較結果とするとき、第1比較結果と、第2比較結果とが比較されて、その結果が電圧比較回路33−1から出力される。このように電圧比較回路34−1が構成される場合、電圧比較回路34−1がラッチとして動作される期間に第1入力端子IN1と第2入力端子IN2とを短絡するための第1スイッチ回路3−3と、電圧比較回路34−1がラッチとして動作される期間に第3入力端子IN3と第4入力端子IN4とを短絡するための第4スイッチ回路3−4とが設ける。そして、第2入力端子IN2への信号伝達経路上にスイッチ回路3−1を設け、第3入力端子IN3への信号伝達経路上にスイッチ回路3−2を設ける。このようにしても、ラッチ中の電圧比較回路34−1の出力論理が反転されるのを防止できる。尚、図13に示される構成においても、図11に示されるように、前段回路32−1の出力端子を短絡可能なスイッチ3−5を設けることにより、前段回路32−1のセットリング不足に起因する誤判定を低減できる。
【0077】
以上の説明では主として本発明者によってなされた発明をその背景となった利用分野であるフラッシュタイプのA/D変換器に適用した場合について説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、電圧を比較する手段として各種電子回路に広く適用することができる。
【0078】
本発明は、少なくとも電圧比較を行うことを条件に適用することができる。
【0079】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記の通りである。
【0080】
すなわち、制御信号の第1論理状態の期間では上記第1入力端子から入力された信号と上記第2入力端子から入力された信号とを差動増幅するアンプとして動作し、制御信号が第2論理状態の期間では上記差動増幅結果を上記出力端子に伝達するとともに、その論理状態を保持するラッチとして動作する比較回路を設け、この比較回路がラッチとして動作される期間に第1入力端子と第2入力端子とを短絡するための第1スイッチ回路を設け、電圧比較器前段に配置される回路の出力を第1スイッチ回路によってリセットする。これにより、前段回路のセットリング不足による論理誤判定の低減を図ることができる。
【0081】
第1入力端子へ電圧比較における参照電圧が入力されるとき、第2入力端子への信号伝達経路上であって上記第1スイッチ回路から上記第2入力端子に至る経路を除いた箇所に、上記第1スイッチ回路と相補的に動作される第2スイッチ回路を設けると、ラッチ出力の振幅が大きくなる前に次データに反対の極性の大きな信号が入力されても、ラッチ中は電圧変換回路の入力端子が前段から切り離されて、同電位にされるので、次データの影響を排除でき、ラッチ中の電圧比較器の出力論理が反転されるのを防止できる。また、前段回路が電圧比較回路入力端子から切り離されるので、前段回路の負荷低減により、前段回路のセットリングの向上を図ることができる。
【0082】
第1スイッチ回路が、互いに直列接続されるとともに互いに連動される二つのスイッチ素子を含んで成るとき、この二つのスイッチ素子の直列接続ノードにバイアス電圧が印加されるように構成することで、入力端子のフローティングを防止することができる。
【0083】
第1スイッチ回路が、互いに直列接続されるとともに互いに連動される二つのスイッチ素子を含んで成るとき、この二つのスイッチ素子の直列接続ノードに電源電圧を印加するためのプルアップ素子を設けることにより、プルアップ素子に起因して信号線の負荷が増大されるのを回避することができる。
【0084】
上記比較回路の出力端子が、相補レベルの信号を出力するための第1出力端子と第2出力端子を含むとき、電圧比較回路がアンプとして動作する期間の前半に上記第1出力端子と第2出力端子とを短絡するための短絡用スイッチ回路を設けることにより、電圧比較回路の内部におけるセットリング不足に起因する誤判定を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかるA/D変換器における主要部の構成例回路図である。
【図2】上記A/D変換器における主要部の動作タイミング図である。
【図3】上記A/D変換器の全体的な構成例ブロック図である。
【図4】図1に示される回路におけるリセット回路及び電圧比較回路の構成例回路図である。
【図5】図1に示される回路におけるラッチの構成例回路図である。
【図6】上記A/D変換器における主要部の別の構成例回路図である。
【図7】図6に示される回路構成を採用した場合の動作タイミング図である。
【図8】上記リセット回路の別の構成例回路図である。
【図9】上記リセット回路の別の構成例回路図である。
【図10】上記リセット回路の別の構成例回路図である。
【図11】上記リセット回路の別の構成例回路図である。
【図12】上記リセット回路の別の構成例回路図である。
【図13】上記リセット回路の別の構成例回路図である。
【図14】上記A/D変換器における主要部回路の比較対照とされる回路の構成例回路図である。
【図15】図14に示される回路構成を採用した場合の動作タイミング図である。
【図16】図14に示される回路構成を採用した場合の別の動作タイミング図である。
【符号の説明】
3−1,3−2,3−3,4−1 スイッチ回路
31 トラック/ホールド回路
32−1 レベルシフト回路
33−1,44−1 リセット回路
34−1 電圧比較回路
35−1 ラッチ
36 エンコーダ
38 バイアス回路
39 コントローラ
300 A/D変換器
Claims (7)
- 信号を取り込むための第1入力端子と、上記第1入力端子から入力される信号と比較される信号を取り込むための第2入力端子と、上記第1入力端子から入力された信号と上記第2入力端子から入力された信号との比較結果を出力するための出力端子とを有し、制御信号の第1論理状態の期間では上記第1入力端子から入力された信号と上記第2入力端子から入力された信号とを差動増幅するアンプとして動作し、制御信号が第2論理状態の期間では上記差動増幅結果を上記出力端子に伝達するとともに、その論理状態を保持するラッチとして動作する比較回路と、
上記比較回路がラッチとして動作される期間に上記第1入力端子と上記第2入力端子とを短絡するための第1スイッチ回路と、
上記第1入力端子への信号伝達経路上であって上記第1スイッチ回路から上記第1入力端子に至る経路を除いた箇所に設けられ、上記第1スイッチ回路と相補的に動作される第2スイッチ回路と、
上記第2入力端子への信号伝達経路上であって上記第1スイッチ回路から上記第2入力端子に至る経路を除いた箇所に設けられ、上記第1スイッチ回路と相補的に動作される第3スイッチと、
上記第1スイッチ回路に同期動作され、上記第1入力端子への信号伝達経路上であって上記第2スイッチ回路から上記第1入力端子に至る経路を除いた箇所と、上記第2入力端子への信号伝達経路上であって上記第3スイッチ回路から上記第2入力端子に至る経路を除いた箇所とを短絡するための第4スイッチ回路と、を含んで成る電圧比較器。 - 上記第1スイッチ回路が、互いに直列接続されるとともに互いに連動される二つのスイッチ素子を含んで成るとき、この二つのスイッチ素子の直列接続ノードにバイアス電圧が印加されるように構成された請求項1記載の電圧比較器。
- 上記第1スイッチ回路が、互いに直列接続されるとともに互いに連動される二つのスイッチ素子を含んで成るとき、この二つのスイッチ素子の直列接続ノードに電源電圧を印加するための素子を設けた請求項1又は2項記載の電圧比較器。
- 信号を取り込むための第1入力端子と、上記第1入力端子から入力される信号と比較される信号を取り込むための第2入力端子と、信号を取り込むための第3入力端子と、上記第3入力端子から入力される信号と比較される信号を取り込むための第4入力端子と、入力信号の比較結果を出力可能な出力端子とを有し、上記第1入力端子から入力された信号と上記第2入力端子から入力された信号との第1比較結果と、上記記第3入力端子から入力された信号と上記第4入力端子から入力された信号との第2比較結果とを比較してその比較結果を上記出力端子から出力可能な比較回路と、
制御信号の第1論理状態の期間では、上記第1入力端子から入力された信号と上記第2入力端子から入力された信号の差電圧、及び上記第3入力端子から入力された信号と上記第4入力端子から入力された信号の差電圧を差動増幅するアンプとして動作し、制御信号が第2論理状態の期間では上記差動増幅結果を上記外部端子に伝達するとともに、その論理状態を保持するラッチとして動作可能な比較回路と、
上記比較回路がラッチとして動作される期間に上記第1入力端子と上記第2入力端子とを短絡するための第1スイッチ回路と、
上記比較回路がラッチとして動作される期間に上記第3入力端子と上記第4入力端子とを短絡するための第2スイッチ回路とを含んで成る電圧比較器。 - 上記第2入力端子への信号伝達経路上であって上記第1スイッチ回路から上記第2入力端子に至る経路を除いた箇所に上記第1スイッチ回路と相補的に動作される第3スイッチ回路を設け、
上記第3入力端子への信号伝達経路上であって上記第2スイッチ回路から上記第3入力端子に至る経路を除いた箇所に上記第2スイッチ回路と相補的に動作される第4スイッチ回路を設けて成る請求項4記載の電圧比較器。 - 上記比較回路の出力端子が、相補レベルの信号を出力するための第1出力端子と第2出力端子を含むとき、上記電圧比較回路がアンプとして動作する期間前半に上記第1出力端子と第2出力端子とを短絡するための短絡用スイッチ回路を設けた請求項1乃至5のいずれか1項記載の電圧比較器。
- 請求項1乃至6のいずれか1項記載の電圧比較器と、
上記電圧比較回路の出力信号を保持するためのラッチ回路と、を含んで成るA/D変換器。
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