JP4741680B2 - フレキシブル性を有するアナログ/デジタルコンバータ - Google Patents

フレキシブル性を有するアナログ/デジタルコンバータ Download PDF

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Description

本発明は、調整可能な入力レンジを有するアナログ/デジタルコンバータ(Analog-to-Digital Converter)に関するものである。
アナログ/デジタルコンバータ(Analog-to-Digital Converter:ADC)は、通常、ADC(アナログ/デジタルコンバータ)のアナログ入力値をデジタル出力値に変換するために使用されている。ADCの入力レンジは、ADCにより変換可能であるアナログ入力値のレンジを規定している。入力レンジは、例えば、最大アナログ入力値及び最小アナログ入力値の観点において規定されることが可能である。
フレキシブル性を実現させるために、ADCの調整可能な入力レンジを有することが望ましいであろう。このようなフレキシブル性は、ADC内部の比較器等の構成要素に対して難しい要求を課すことになる。例えば、これらの構成要素は、様々なコモンモード電圧及びコモンモード電流を処理することが可能である必要があり、このことは、大きなコモンモード除去比(Common-Mode Rejection Ratio:CMRR)が必要となることを意味している。
集積電子回路製造プロセスの技術的な進歩に起因し、許容可能な供給電圧が、通常、各々の新しい世代のプロセス毎に低下している。また一方で、良好なCMRRを有する既知の回路トポロジーは、特定の製造プロセスにおいて許容されているものよりも高い供給電圧を必要とする可能性がある。この結果として、入力レンジにおける良好なフレキシブル性を有するA/D(アナログ/デジタル)変換を提供することが困難になることが予想される。
本発明の目的は、改善されたフレキシブル性を有し且つ調整可能な入力レンジを有するADCを提供することである。
本発明の第1の態様によれば、アナログ/デジタルコンバータは、アナログ/デジタルコンバータの入力レンジのサイズを制御するための第1レンジ制御値を生成するように構成された第1レンジ制御ユニットを有している。アナログ/デジタルコンバータは、更に、入力レンジの中点を制御するための第2レンジ制御値を生成するように構成された第2レンジ制御ユニットを有している。更には、アナログ/デジタルコンバータは、第1及び第2レンジ制御ユニットに電気的に動作可能に接続された基準レベルユニットを有している。基準レベルユニットは、少なくとも第1及び第2レンジ制御値に基づいて複数の基準レベルを生成するように構成されている。アナログ/デジタルコンバータは、更に、第2レンジ制御ユニット及び基準レベルユニットに電気的に動作可能に接続された比較ユニットを有している。比較ユニットは、アナログ/デジタルコンバータのアナログ入力値と第2レンジ制御値との間の差と複数の基準レベルの個々の基準レベルとの間における少なくとも1つの比較を実行するように構成されている。比較ユニットは、更に、少なくとも1つの比較に基づいてアナログ/デジタルコンバータのデジタル出力値を生成するように構成されている。
第1レンジ制御値は、複数の基準レベルの最大基準レベルと最小基準レベルとの間の差を制御することが可能である。
複数の基準レベルの平均値は、第2レンジ制御値に比例したものであってよい。
第1レンジ制御ユニットは、アナログ/デジタルコンバータの第1制御インターフェイスを介してデジタル的に制御可能であってよい。第2レンジ制御ユニットは、アナログ/デジタルコンバータの第2制御インターフェイスを介してデジタル的に制御可能であってよい。
第1レンジ制御ユニットは、第1MOSトランジスタと、第1MOSトランジスタに電気的に動作可能に接続されたデジタル/アナログコンバータと、第1抵抗器ストリング(Resistor String)とを有することが可能である。第1レンジ制御ユニットは、第1MOSトランジスタのゲート端子にて第1レンジ制御値を生成するように構成されることが可能である。デジタル/アナログコンバータは、第1MOSトランジスタのドレイン電流を制御するように構成されることが可能である。第1MOSトランジスタは、前述のドレイン電流を第1抵抗器ストリング内に注入するように構成されることが可能であり、第1抵抗器ストリングは、第2レンジ制御ユニット用の少なくとも1つの基準値を生成するように構成されることが可能である。
第2レンジ制御ユニットは、第1抵抗器ストリングによって生成された少なくとも1つの基準値の中の1つの基準値を選択するように構成されたマルチプレクサユニットを有することが可能である。第2レンジ制御ユニットは、更に、少なくとも1つの基準値の中の選択された1つの基準値又は当該基準値から導出された値を出力するように構成されることが可能である。
基準レベルユニットは、少なくとも第2抵抗器ストリング内に注入された基準電流に基づいて複数の基準レベルを生成するように構成された第2抵抗器ストリングを有することが可能である。
基準レベルユニットは、更に、ゲート端子において第1レンジ制御値を受け取ると共に、第1レンジ制御値に基づいて基準電流を生成するように構成された第2MOSトランジスタを有することが可能である。
基準レベルユニットは、更に、演算増幅器(Operational Amplifier:OP)又は演算トランスコンダクタンス増幅器(Operational Transconductance Amplifier:OTA)の第1入力端子において第2レンジ制御値を受け取るように構成されたOP又はOTAを有することが可能である。OP又はOTAは、更に、第2抵抗器ストリングに接続された第3MOSトランジスタのゲート端子に制御電圧を供給するように構成されることが可能である。OP又はOTAの第2入力端子は、第2抵抗器ストリングの内部ノードに接続されることが可能である。
比較ユニットは、複数の基準レベルの中の1つの基準レベルを選択すると共に、複数の基準レベルの中の選択された1つの基準レベルを少なくとも1つのマルチプレクサユニットの出力端子に転送するように構成された少なくとも1つのマルチプレクサユニットを有することが可能である。
比較ユニット内の少なくとも1つのマルチプレクサユニットは、導通状態に設定されたときに、複数の基準レベルの中の1つの基準レベルをマルチプレクサユニットの出力に転送するように構成された複数のMOSトランジスタを有することが可能である。
複数のMOSトランジスタの各々は、スイッチ制御ユニットに電気的に動作可能に接続されることが可能である。充電されたコンデンサを前述のMOSトランジスタに接続することによって、各々のスイッチ制御ユニットは、自身に対して動作可能に接続されたMOSトランジスタを導通状態に設定するように構成されることが可能である。
本発明の第2の態様によれば、集積回路が、アナログ/デジタルコンバータを有している。
本発明の第3の態様によれば、電子装置が、アナログ/デジタルコンバータを有している。電子装置は、モニタ、プロジェクタ、テレビ受像機、又は無線トランシーバのいずれかであってよいが、これに限定されるものではない。
アナログ/デジタルコンバータ内部の信号のコモンモード変動が相対的に小さくなるということが、本発明の利点である。この結果として、アナログ/デジタルコンバータ内部の構成要素内のコモンモード除去比(CMRR)に対する要求を緩和することが可能である。この結果として、低い供給電圧を有する環境等のように、内部の構成要素の大きなCMRRを得ることが困難である環境においても、アナログ/デジタルコンバータの入力レンジにおける大きなフレキシブル性が実現されるため、前述の点は有利である。本発明の更なる実施例は、添付の特許請求の範囲の従属請求項にて規定されている。
尚、「有する(comprises/comprising)」という用語は、本願明細書にて使用される際には、記述されている特徴、整数、段階、又は構成要素の存在を規定するものと解釈されるが、1つ又は複数のその他の特徴、整数、段階、構成要素、又はこれらの集合体の存在又は追加を除外するものではないことを強調しておきたい。
本発明の更なる目的、特徴、及び利点については、添付の図面に基づいてなされる本発明に関する以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
調整可能な入力レンジを有するアナログ/デジタルコンバータ(ADC)1の実施例が図1のブロック図に示されている。ADC1は、例えば、集積回路内に包含されることが可能である。アナログ入力値をADC1の入力端子2に供給することが可能である。ADC1は、出力端子3にてADC1のデジタル出力値を生成するように構成されることが可能である。
ADC1は、入力レンジのサイズを制御するための第1レンジ制御値を生成するように構成された第1レンジ制御ユニット100を有することが可能である。サイズとは、例えば、ADC1によって変換可能である最大アナログ入力値と最小アナログ入力値との間の差であってよい。第1レンジ制御値は、例えば、第1レンジ制御ユニット100の出力端子107において提示されることが可能である。ADC1は、更に、第2レンジ制御値を生成するように構成された第2レンジ制御ユニット200を有することが可能である。第2レンジ制御値は、例えば、第2レンジ制御ユニット200の出力端子204において提示されることが可能である。第2レンジ制御値は、例えば、入力レンジの中点を制御するために使用されることが可能である。第1レンジ制御ユニット100は、例えば、第2レンジ制御ユニット200に対して少なくとも1つの基準値を供給するために、第2レンジ制御ユニット200に電気的に動作可能に接続されることが可能である。第1レンジ制御ユニット100は、少なくとも1つの基準値を生成するように構成されることが可能である。更には、第2レンジ制御ユニット200から第1レンジ制御ユニット100に対してフィードバック経路を提供することが可能である。第1レンジ制御ユニット100と第2レンジ制御ユニット200との間の接続に関する更に詳細な説明は、特定の実施例に関連して提供することとする。
ADC1は、少なくとも第1及び第2レンジ制御値に基づいてADC1用の複数の基準レベルを生成するように構成された基準レベルユニット300を有することが可能である。基準レベルユニット300は、第1レンジ制御ユニット100及び第2レンジ制御ユニット200に電気的に動作可能に接続されることが可能である。
ADC1は、比較ユニット400を有することが可能である。比較ユニット400は、第1入力端子401a及び第2入力端子401bを含む差動入力を有している。第1アナログ値を比較ユニット400の第1入力端子401aに供給することが可能である。第1アナログ値は、ADC1の入力端子2において供給されるアナログ入力値又は当該アナログ入力値から導出された値であってよい。第2アナログ値を比較ユニット400の第2入力端子401bに供給することが可能である。第2アナログ値は、第2レンジ制御ユニット200によって生成された第2レンジ制御値又は当該第2レンジ制御値から導出された値であってよい。比較ユニット400は、例えば、複数の基準レベルを比較ユニットに供給するための接続部301を介して、基準レベルユニット300に電気的に動作可能に接続されることが可能である。接続部301は、例えば、各々の複数の基準レベル毎に1つのサブ接続部等のように、複数のサブ接続部を有することが可能である。
比較ユニット400は、第1及び第2アナログ値から導出された第3アナログ値と複数の基準レベルとの間における少なくとも1つの比較を実行するように構成されることが可能である。第3アナログ値は、第1アナログ値と第2アナログ値との間の差であってよい。比較ユニット400は、更に、比較に基づいて端子3にてデジタル値を生成するように構成されることが可能である。デジタル値は、ADC1のデジタル出力値であってよい。
第1及び/又は第2レンジ制御値における変化に起因する比較ユニット400内における相対的に小さなコモンモード変動を得るために、基準レベルユニット300は、基準レベルの平均値が少なくとも第2レンジ制御値に比例するように複数の基準レベルを生成するように構成されることが可能である。これについては、特定の実施例に関連して更に説明することとする。
一実施例においては、第1レンジ制御ユニット100及び第2レンジ制御ユニット200の中の少なくとも一方は、ADC1の制御インターフェイスを介して制御可能である。例えば、第1レンジ制御ユニット100は、第1制御インターフェイス4を介して制御可能である。第1制御インターフェイス4は、例えば、デジタルインターフェイスであってよい。或いは、その代わりに、又は、これに加えて、第2レンジ制御ユニット200も、第2制御インターフェイス5を介して制御可能である。第2制御インターフェイス5は、例えば、デジタルインターフェイスであってよい。更には、第1レンジ制御ユニット100及び第2レンジ制御ユニット200の中の少なくとも一方は、それぞれ、第1制御インターフェイス4又は第2制御インターフェイス5を介して供給されるデジタル制御値に少なくとも基づいてアナログ出力値を生成するように構成されたデジタル/アナログコンバータ(Digital-to-Analog Converter:DAC)を有することが可能である。
逐次近似(Successive Approximation:SA)を伴うA/D変換を実行するための比較ユニット400の一実施例が図2のブロック図に示されている。第1入力端子401aは、第1追跡及び保持回路(Track and Hold Circuit)411aの入力端子に接続されることが可能である。第1追跡及び保持回路411aは、例えば、ドレイン接地段(common-drain stage)の形態において、レベルシフトバッファを有することが可能である。第2入力端子401bは、第2追跡及び保持回路411bの入力端子に接続されることが可能である。一実施例においては、第2入力端子401bにおける第2アナログ値は、第2レンジ制御値である。この値は、A/D変換において一定となり、従って、第2追跡及び保持回路411bを省略することが可能である。但し、例えば、第1追跡及び保持回路411aからの電荷注入を相殺するために、第2追跡及び保持回路411bを具備することが有利であろう。
比較ユニット400のオート・ゼロ・フェーズ(auto-zero phase)においては、第1追跡及び保持回路411aと第2追跡及び保持回路411bの出力をそれぞれコンデンサ406a及び406bに接続するように、スイッチ405a及び405bを設定することが可能である。コンデンサ406a及び406bは、等しい容量を有することが可能である。コンデンサ406a及び406bは、それぞれ、比較器404の正の入力と負の入力に接続されることが可能である。比較器404は、完全差動型であってよく、すなわち、差動入力と差動出力を有することが可能である。更には、オート・ゼロ・フェーズにおいては、比較器404の正の出力は、比較器404の負の入力に接続されることが可能であり、比較器404の負の出力は、比較器404の正の入力に接続されることが可能である。これらの接続は、スイッチ407a及び407bを閉路状態にすることによって提供されることが可能である。オート・ゼロ・フェーズにおいては、コンデンサ406a及び406b内に保存されている電荷の間の差が追跡及び保持回路411a及び411bの出力に提示される電圧の間の差に比例するように、コンデンサ406a及び406bを充電することが可能である。
比較器400の比較期間においては、その代わりに、マルチプレクサユニット402の出力をコンデンサ406aに接続するように、スイッチ405aを設定することが可能である。更には、接続301上に提供された基準レベルの中の1つの基準レベルをコンデンサ406bに供給するように、スイッチ405bを設定することが可能である。コンデンサ406bに供給される基準レベルは、例えば、複数の基準レベルの平均値に等しいか又は当該平均値に近い値を有する基準レベルであってよい。スイッチ407a及び407bは、比較期間においては、開路状態であってよい。判定ユニット408は、比較器404に接続されることが可能である。判定ユニット408は、比較器404の差動出力を、例えば、差動出力の符号に基づいて論理「0」又は論理「1」に変換するように構成されることが可能である。判定ユニット408は、この判定ユニット408の出力においてDフリップフロップ等の遅延ユニット409に電気的に動作可能に接続されることが可能である。遅延ユニット409の出力は、制御ユニット403に接続されることが可能である。
制御ユニット403は、比較ユニット400がADC1のデジタル出力値を生成するための複数の基準レベルのバイナリサーチを実行するように、遅延ユニット409からの出力に基づいてマルチプレクサユニット402を制御するべく構成されることが可能である。制御ユニット403は、制御インターフェイス570を介してマルチプレクサユニット402に制御ワードを供給することにより、マルチプレクサユニット402を制御することが可能である。制御ワードは、バイナリ表現を有することが可能である。Nビットの制御ワードは、2N個の基準レベルの中の1つの基準レベルを選択するために使用され得る。例えば、制御ユニット403は、制御ワードの最上位ビット(MSB)を「1」に設定し、残りのビットを「0」に設定することにより、始動することが可能である。この結果として、マルチプレクサユニット402は、対応する基準レベルを出力端子580上に出力することが可能である。比較器404及び判定ユニット408は、それぞれ、スイッチ405a及び405bを介してコンデンサ406a及び406bに供給される基準レベルの間の差を、オート・ゼロ・フェーズにおいてコンデンサ406a及び406b内に保存されている電荷によって表される比較ユニットの差動入力と比較するために使用され得る。差動入力が基準レベルの差以上である場合には、判定ユニット408は、「1」を出力することが可能である。差動入力が基準レベルの差を下回っている場合には、判定ユニット408は、「0」を出力することが可能である。次いで、判定ユニット408の出力を制御ユニット403に転送することが可能である。次いで、残りの比較において、制御ワードのMSBを比較の結果に設定すること、すなわち、制御ワードのMSBを「1」又は「0」に設定することが可能である。
次いで、制御ユニット403は、制御ワード内の第2上位ビットを「1」に設定することにより、先に進むことが可能であり、マルチプレクサユニット402は、対応する基準レベルを出力することが可能である。次いで、比較器404及び判定ユニット408を使用することにより、前述の比較に類似した比較を、但し、コンデンサ406aに供給される別の基準レベルにより、実行することが可能である。このプロセスは、制御ワード内の全てのNビットの処理が完了する時点まで進行することが可能である。制御ユニット403は、ADC1のデジタル出力値を生成し、且つ、このデジタル出力値をADC1の出力端子3において提示するように構成されることが可能である。デジタル出力値は、制御ワードの全てのNビットの処理が完了した後に、制御ワードと共に表示されることが可能である。クロックユニット410は、比較ユニット内に包含されることが可能である。クロックユニット410は、例えば、スイッチ405a及び405b、スイッチ407a及び407b、判定ユニット408、遅延ユニット409、追跡及び保持回路411a及び411b、並びに/或いは、制御ユニット403用のクロック信号を提供するように構成されることが可能である。或いは、その代わりに、外部クロックユニットを使用することも可能である。
基準レベルユニット300(図1)は、基準レベルの平均値が少なくとも第2レンジ制御値に比例するように、複数の基準レベルを生成するべく構成されることが可能である。これによって、複数の基準レベルは、追跡及び保持回路411a及び411bからの出力信号のコモンモードレベルに等しいか又は当該コモンモードレベルに近い平均値を有することが可能である。これによって、スイッチ405a及び405bの状態が、コンデンサ406a及び406bを追跡及び保持回路411a及び411bの出力に接続する状態から、コンデンサ406a及び406bを個々の基準レベルに接続する状態に変化したときの比較器404の入力におけるコモンモード値の大きなシフトを回避することが可能である。従って、例えば、基準レベルの固定されたセットを使用した場合と比べて、比較器404内におけるコモンモード除去比(CMRR)に対する要求を低減させることが可能である。この結果として、ADC1の入力レンジにおけるフレキシブル性を改善することが可能である。
本発明の範囲内において、前述のSA比較ユニット以外の様々なタイプの比較ユニット400が可能である。例えば、比較ユニットは、並列形のSA ADC(PSA−ADC)の構造を有することが可能であり、この場合には、同一の基準レベルのセットを共有すると共に、SA A/D変換を実行する複数の比較ユニットを時間インターリーブされた方式において使用することが可能である。或いは、その代わりに、フラッシュA/D変換を実行する比較ユニット400を使用することも可能であり、この場合には、例えば、1つの比較器が各々の基準レベルに割り当てられており、且つ、温度計符号化表現(thermometer-coded representation)によって出力を生成することが可能である。比較ユニット400の別の代替実施例は、変換をいくつかの段階において実行するパイプライン構造を利用するというものである。この場合には、基準レベルユニットは、例えば、パイプライン構造内の第1段用の基準レベルを生成するために使用されることが可能である。後続段用の基準レベルは、例えば、比較ユニット400内において内部的に生成されることが可能である。
第1レンジ制御ユニット100、第2レンジ制御ユニット200、及び基準レベルユニット300の実施例が図3の回路図に示されている。第1レンジ制御ユニット100は、電流ユニット101を有することが可能である。電流ユニット101は、電流制御型(current-steering)デジタル/アナログコンバータ(DAC)等のデジタル的に制御可能な電流ユニットであってよい。電流ユニット101の出力電流は、第1制御インターフェイス4を介して制御可能であってよい。電流ユニット101は、関連する負荷抵抗器106を有することが可能である。
負荷抵抗器106の両端の電圧は、演算増幅器(OP)102の負の入力に供給されることが可能である。OP102の代わりに、演算トランスコンダクタンス増幅器(OTA)を使用することも可能である。PMOSトランジスタ103のゲート端子は、OP102の出力端子に接続されることが可能である。PMOSトランジスタ103のソース端子は、供給電圧源(VDD)に接続されることが可能である。PMOSトランジスタ103のドレイン端子は、PMOSトランジスタ104を介して抵抗器ストリング105に接続されることが可能である。代替実施例においては、PMOSトランジスタ103のドレイン端子を抵抗器ストリング105に直接的に接続することが可能である。更なる代替実施例においては、少なくとも1つのカスコードトランジスタをPMOSトランジスタ103と抵抗器ストリング105との間に接続することが可能である。抵抗器ストリング105は、第2レンジ制御ユニット200用の少なくとも1つの基準値を生成するように構成されることが可能である。
OP102は、OP102の正の入力端子を抵抗器ストリング105に接続することが可能であるようなフィードバック構成にて接続されることが可能である。このようなフィードバック構成は、抵抗器ストリング105の両端の電圧が負荷抵抗器106の両端の電圧に等しいか又は当該電圧にほぼ等しくなるように、PMOSトランジスタ103が電流を生成することを保証することが可能である。出力端子107にて提示される第1レンジ制御値は、OP102の出力端子における電圧であってよい。代替実施例においては、OP102の負の入力における電圧を制御するために、抵抗器ストリングDAC、R−2RラダーDAC、又は電荷再分配型DAC等の電流制御型DAC以外のタイプのDACを使用することが可能であるが、これらに限定されるわけではない。
第2レンジ制御ユニット200は、マルチプレクサユニット201を有することが可能である。マルチプレクサユニット201は、第1レンジ制御ユニット100から供給される少なくとも1つの基準値の中の1つの基準値を制御信号に基づいて選択するように構成されることが可能である。制御信号は、デジタル制御信号であってよい。制御信号は、第2制御インターフェイス5を介して供給されることが可能である。マルチプレクサユニット201は、更に、選択された基準値をマルチプレクサユニット201の出力端子にて提示するように構成されることが可能である。
追跡及び保持回路411a(図2)が、例えば、ドレイン接地段の形態において、レベルシフトバッファを有している場合には、第2レンジ制御ユニット200も、レベルシフトバッファを有することが可能である。第2レンジ制御ユニット200内のレベルシフトバッファは、例えば、電流源202によってバイアスされたPMOSトランジスタ203を含むドレイン接地段の形態であってよい。第2レンジ制御ユニット200内のレベルシフトバッファは、例えば、第1追跡及び保持回路411a(図2)内のレベルシフトバッファによって導入されたオフセット電圧を補償するために、第1追跡及び保持回路411a(図2)内のレベルシフトバッファと同一のものであってよい。出力端子204において提示される第2レンジ制御値は、第2レンジ制御ユニット200内のレベルシフトバッファの出力電圧であってよい。出力電圧は、PMOSトランジスタ203のドレイン端子における電圧であってよい。或いは、その代わりに、例えば、第1追跡及び保持回路411aがレベルシフトバッファを有していない場合には、第2レンジ制御ユニット200内のレベルシフトバッファを省略することが可能である。この場合には、出力端子204にて提示される第2レンジ制御値は、マルチプレクサユニット201の出力電圧であってよい。
基準レベルユニット300は、PMOSトランジスタ302を有することが可能である。PMOSトランジスタ302のソース端子は、供給電圧源(VDD)に接続されることが可能である。PMOSトランジスタ302のドレイン端子は、抵抗器ストリング305の第1端部に接続されることが可能である。或いは、その代わりに、PMOSトランジスタ302と抵抗器ストリング305との間に少なくとも1つのカスコードトランジスタを接続することも可能である。抵抗器ストリング305は、ADC1用の複数の基準レベルを生成するように構成されることが可能である。抵抗器ストリング305は、複数の抵抗器を有することが可能である。複数の抵抗器の全ては、等しい抵抗値を有することが可能である。
基準レベルユニット300は、更に、NMOSトランジスタ303を有することが可能である。NMOSトランジスタ303のソース端子は、アース(接地)に接続されることが可能である。NMOSトランジスタ303のドレイン端子は、抵抗器ストリング305の第2端部に接続されることが可能である。NMOSトランジスタ303のゲート端子は、OP304の出力に接続されることが可能である。或いは、代替的に、OP304の代わりにOTAを使用することも可能である。OP304の負の入力端子は、第2レンジ制御ユニット200の出力端子204に接続されることが可能である。OP304は、フィードバック構成にて接続されることが可能であり、この場合には、OP304の正の入力端子を抵抗器ストリング305の内部ノードに接続することが可能である。このようなフィードバック構成は、内部ノードの電圧が第2レンジ制御値に等しいか又はほぼ等しくなることを保証することが可能である。内部ノードは、抵抗器ストリング305の中間におけるノードであってよい。この場合には、例えば、抵抗器ストリング内の全ての抵抗器が等しい抵抗値を有している場合には、内部ノードの電圧は、基準レベルユニット300によって生成された複数の基準レベルの平均値となるであろう。従って、第2レンジ制御値を使用することにより、基準レベルユニット300によって生成される複数の基準レベルの平均値を制御することが可能である。
PMOSトランジスタ302のゲート端子は、第1レンジ制御ユニット100の出力端子107に接続されることが可能である。この構成によって、PMOSトランジスタ302には、PMOSトランジスタ103と同一のソース−ゲート電圧(VSG)が付与されている。従って、PMOSトランジスタ302は、PMOSトランジスタ103のドレイン電流のミラーリング(mirror)を行うことが可能である。PMOSトランジスタ302及び/又はPMOSトランジスタ103に接続されたカスコードトランジスタの使用は、PMOSトランジスタ302のドレイン電流の正確なミラーリングを得るために有利であろう。PMOSトランジスタ103のドレイン電流は、電流ユニット101によって生成された電流に比例することが可能である。従って、PMOSトランジスタ302のドレイン電流も、電流ユニット101によって生成された電流に比例することが可能である。入力レンジのサイズは、複数の基準レベルの最高値と最低値との間の差によって判定することが可能である。この差は、オームの法則に従って抵抗器ストリング内の抵抗値の合計により判定される比例係数により、PMOSトランジスタ302のドレイン電流に比例することが可能である。従って、入力レンジのサイズを第1レンジ制御値によって制御することが可能である。
第1レンジ制御ユニット100内のPMOSトランジスタ104は、例えば、第2レンジ制御ユニット200と第1レンジ制御ユニット100との間のフィードバック経路を介して、そのゲート端子において、第2レンジ制御ユニット200内のマルチプレクサユニット201の出力に接続されることが可能である。これは、PMOSトランジスタ103のソース−ドレイン電圧(VSD)における変動を低減させる点で有利であり、これによって、PMOSトランジスタ302により実行されるPMOSトランジスタ103のドレイン電流のミラーリングの精度を改善することが可能である。
基準レベルユニット300の代替実施例の回路図が図4に示されている。PMOSトランジスタ302のドレイン電流を抵抗器ストリング305に直接的に供給する代わりに、上記ドレイン電流を抵抗器307の第1端子に供給することが可能である。或いは、その代わりに、少なくとも1つのカスコードトランジスタをPMOSトランジスタ302と抵抗器307との間に接続することも可能である。そして、抵抗器307は、第2端子において、抵抗器ストリング305の第2端部に接続されることが可能である。OP306の正の入力端子は、抵抗器307の第1端子に接続されることが可能である。OP306は、ソースフォロア構成にて接続されることが可能であり、例えば、負の入力端子に接続された出力端子を有することが可能である。OP306の出力端子は、抵抗器ストリング305の第1端部に接続されることが可能である。この構成によって、抵抗器ストリング305の両端の電圧降下は、抵抗器307の両端の電圧降下に等しくなるであろう。従って、図3の実施例においては、入力レンジのサイズを第1レンジ制御値によって制御することが可能である。抵抗器ストリング305の内部ノードは、例えば、比較ユニット400のマルチプレクサユニット402(図2)内のスイッチに接続されることが可能である。スイッチは、例えば、MOSトランジスタによって実現可能である。スイッチ内におけるスイッチング動作は、抵抗器ストリング305内において生成される基準レベルの乱れ(Disturbance)を誘発するおそれがある。OP306は、PMOSトランジスタ302よりも低い出力抵抗値を有することが可能であるため、PMOSトランジスタ302から直接的に供給する代わりに、OP306を介して抵抗器ストリングに供給する方式は、このようなスイッチング動作の結果として生じる乱れを低減させるために有利であろう。
マルチプレクサユニット402(図2)の一実施例が図5の回路図に示されている。図5には、複数の基準レベルを生成するように構成された抵抗器ストリング305も、マルチプレクサユニット402との関連において含まれている。マルチプレクサユニット402は、複数のスイッチ装置を有することが可能であり、図5には、これらのスイッチ装置の中の4つが、NMOSトランジスタ501、502、503及び504により具体化された状態において示されている。或いは、その代わりに、例えば、PMOSトランジスタ又は伝送ゲートにより、スイッチ装置の中の少なくとも1つのスイッチ装置を実装することも可能である。
以下においては、スイッチ装置がNMOSトランジスタ501、502、503及び504によって実装されている実施例により、マルチプレクサユニット402について説明することとする。複数のスイッチ装置の各々を抵抗器ストリング305の固有の内部ノードに接続することが可能である。NMOSトランジスタ501、502、503及び504毎に、それぞれ、関連付けられたスイッチ制御ユニット510、520、530及び540が存在することが可能である。スイッチ制御ユニット510、520、530及び540は、それぞれ、NMOSトランジスタ501、502、503及び504のゲート端子に接続されることが可能である。いくつかの実施例においては、スイッチ制御ユニット510、520、530及び540は、図5に示されているように、それぞれ、NMOSトランジスタ501、502、503及び504に接続された抵抗器ストリングの内部ノードに更に接続されることが可能である。スイッチ制御ユニット510、520、530及び540は、それぞれ、NMOSトランジスタ501、502、503及び504の状態を制御するための制御電圧を生成するように構成されることが可能である。NMOSトランジスタ501、502、503及び504の状態は、例えば、導通状態又は非導通状態のいずれかであってよい。制御電圧は、デコーダユニット560によって供給される制御信号に基づいて生成されることが可能である。デコーダユニット560は、制御インターフェイス570を介して供給される制御ワードに基づいてスイッチ制御ユニット510、520、530及び540用の制御信号を生成するように構成されることが可能である。
制御ワードは、制御ユニット403(図2)によって供給されることが可能である。
制御信号は、NMOSトランジスタ501、502、503及び504の中の1つのNMOSトランジスタのみが導通状態となるようになっているものであってよい。制御ワードは、例えば、Nビットのバイナリ表現であってよい。この場合には、デコーダユニットは、導通状態に設定されるべく2N個のNMOSトランジスタ501、502、503及び504の中の1つのNMOSトランジスタを正確に選択するように構成されることが可能である。この結果として、導通状態に設定されたNMOSトランジスタ501、502、503及び504の中の1つのNMOSトランジスタに接続されている抵抗器ストリング305の内部ノードにおける基準レベルをマルチプレクサユニット402の出力端子580に転送することが可能である。
以下においては、NMOSトランジスタ501の制御について説明することとする。尚、その他のNMOSトランジスタ502、503及び504についても、同様の内容が有効である。一実施例においては、NMOSトランジスタ501を導通状態に設定するために、第1固定電圧をNMOSトランジスタ501のゲート端子に供給することが可能である。第1固定電圧は、例えば、供給電圧源(VDD)の電圧であってよい。更には、NMOSトランジスタ501を非導通状態に設定するために、第2固定電圧をゲート端子に供給することが可能である。第2固定電圧は、例えば、0Vであってよい。第1及び第2固定電圧は、制御ワードに基づいてデコーダユニット560により直接的に生成されることが可能である。従って、スイッチ制御ユニット510は、デコードユニット560とNMOSトランジスタ501のゲート端子との間の短絡によって実現可能である。NMOSトランジスタ501、502、503及び504には、抵抗器ストリング305からの異なる基準レベルが供給されているため、これらのNMOSトランジスタは、導通状態において動作したときに、異なるソース電位を有することが可能である。この結果として、これらのNMOSトランジスタは、例えば、これらのサイズが等しい場合には、異なるオン抵抗値を有することが可能である。そして、異なるオン抵抗値は、ADC1内における非線形誤差を引き起こすことになる。抵抗器ストリング305により生成される基準レベルが固定されている場合には、異なる幅/長さ比(W/L)を異なるNMOSトランジスタ501、502、503及び504に割り当てることにより、異なるNMOSトランジスタ501、502、503及び504において異なるソース電位を有することの影響を少なくとも部分的に補償することが可能である。
しかしながら、生成される基準レベルが固定されていない場合、例えば、生成される基準レベルが第1及び/又は第2レンジ制御値と共に変化可能である場合には、異なるW/Lを異なるNMOSトランジスタ501、502、503及び504に割り当てる方式は、NMOSトランジスタ501、502、503及び504の異なるソース電位を補償するには、余り効果的ではないであろう。
異なるソース電位の影響を低減させるために使用可能なスイッチ制御ユニット510の一実施例が図6aの回路図に示されている。スイッチ制御ユニット510は、スイッチ511、512及び514を有することが可能である。スイッチ制御ユニット510は、コンデンサ513を更に有することが可能である。スイッチ511は、デコーダユニット560(図5)により生成される制御信号に基づいて、コンデンサ513の第1端子をアース又はNMOSトランジスタ501に接続された抵抗器ストリング305の内部ノードに選択的に接続するように構成されることが可能である。スイッチ512は、デコーダユニット560(図5)により生成される制御信号に基づいて、コンデンサ513の第2端子を供給電圧源(VDD)又はNMOSトランジスタ501のゲート端子に選択的に接続するように構成されることが可能である。スイッチ514は、デコーダユニット560により生成される制御信号に基づいて閉路状態にされたときに、NMOSトランジスタ501のゲート端子をアースに接続するように構成されることが可能である。
図6bは、NMOSトランジスタ501が非導通状態に設定された場合における図6aの実施例の概略回路図を示している。スイッチ514は、NMOSトランジスタ501のゲート端子をアースに接続すると共にNMOSトランジスタ501を非導通状態に設定するために、閉路状態にされることが可能である。スイッチ511は、コンデンサ513の第1端子をアースに接続するように設定されることが可能であり、スイッチ512は、コンデンサ513の第2端子を供給電圧源(VDD)に接続するように設定されることが可能である。この結果として、コンデンサ513を供給電圧源(VDD)の電圧に充電することが可能である。代替実施例においては、コンデンサ513を充電するために、供給電圧源(VDD)の電圧及びアース以外の固定電圧を使用することも可能である。
図6cは、NMOSトランジスタ501が導通状態に設定された場合における図6aの実施例の別の概略回路図を示している。スイッチ514は、開路状態であってよい。スイッチ511及び512は、NMOSトランジスタ501に接続された抵抗器ストリング305の内部ノードとNMOSトランジスタ501のゲート端子との間にコンデンサ513を接続するように設定されることが可能である。コンデンサ513は、NMOSトランジスタ501のチャネル容量よりも格段に大きな容量を有することが可能である。この場合には、コンデンサ513の両端の電圧は、供給電圧源(VDD)の電圧に近い状態に留まることになる。この結果として、NMOSトランジスタ501のゲート−ソース電圧(VGS)は、NMOSトランジスタ501に接続された抵抗器ストリング305の内部ノードにおける電圧レベルとは無関係に、供給電圧源(VDD)の電圧に近い状態となる。NMOSトランジスタ501、502、503及び504の状態を制御するための上記のような構成を使用することにより、NMOSトランジスタ501、502、503及び504における異なるソース電位に起因する誤差を低減させることが可能である。
代替実施例においては、そのドレイン端子がそのソース端子に短絡されているNMOSトランジスタ(図示されてはいない)によってコンデンサ513(図6a)を実装することが可能である。前述のNMOSトランジスタのゲート端子は、スイッチ512に接続されることが可能であり、ドレイン端子及びソース端子は、スイッチ511に接続されることが可能である。この構成によれば、ソース電位の変動に起因するNMOSトランジスタ501内における閾値電圧(VT)の変化を補償することが可能である。コンデンサ513が実装されるNMOSトランジスタには、このNMOSトランジスタとNMOSトランジスタ501とを互いに接続するようにスイッチ511が設定されたときに、NMOSトランジスタ501と同一のVTが付与されることになる。従って、図6bに示されている期間でコンデンサ513内に保存されている電荷の一部が、コンデンサ513が実装されるNMOSトランジスタの面積とNMOSトランジスタ501の面積により決定される比率に従って、図6cに示されている期間においてNMOSトランジスタ501のチャネルに再分配されることになる。例えば、2つのNMOSトランジスタが同一サイズである場合には、保存されている電荷の半分が、図6cに示された期間において、NMOSトランジスタ501のチャネルに再分配されることになる。これによって、NMOSトランジスタ501、502、503及び504には、いずれも、抵抗器ラダー305内のどのノードに接続されているのかとは無関係に、同一のオン抵抗値が付与されることになる。これは、ADC1における全体的に優れた直線性を得るために有利である。
以上、MOS技術において実装された本発明の特定の実施例を提示した。代替実施例においては、その他のタイプの技術を使用することが可能である。例えば、バイポーラ技術又はBiCMOS技術(バイポーラとCMOSとを組み合わせた技術)を使用することが可能であり、この場合には、ADC1の少なくとも一部をバイポーラ接合トランジスタ(Bipolar Junction Transistor:BJT)により実装することが可能である。更には、本発明の範囲内において、その他の実施例も可能である。例えば、実施例に提示されているものとは相補的な設計を使用することが可能であり、この場合には、例えば、NMOSトランジスタをPMOSトランジスタによって置換することが可能であり、PMOSトランジスタをNMOSトランジスタによって置換することが可能であり、アースに対する接続を供給電圧源(VDD)に対する接続によって置換することが可能であり、供給電圧源(VDD)に対する接続をアースに対する接続によって置換可することが能である。
ADC1は、集積回路内に包含されることが可能である。ADC1は、更に、電子装置内に包含されることが可能である。電子装置は、VGAモニタ等のモニタ、プロジェクタ、テレビ受像機、又は無線トランシーバのいずれかであってよいが、これに限定されるものではない。
以上、特定の実施例を参照して本発明について説明した。しかしながら、本発明の範囲内において、前述の実施例以外のその他の実施例も可能である。本発明の様々な特徴は、前述の実施例の特徴の組み合わせ以外の組み合わせにて組み合わせることも可能である。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲の請求項のみによって限定される。
一実施例によるアナログ/デジタルコンバータのブロック図である。 一実施例による比較ユニットのブロック図である。 一実施例による第1レンジ制御ユニット、第2レンジ制御ユニット、及び基準レベルユニットの回路図である。 基準レベルユニットの代替実施例の回路図である。 一実施例によるマルチプレクサユニットの回路図である。 一実施例によるマルチプレクサユニット内のスイッチ装置及びスイッチ制御ユニットの回路図である。 一実施例によるマルチプレクサユニット内のスイッチ装置及びスイッチ制御ユニットの回路図である。 一実施例によるマルチプレクサユニット内のスイッチ装置及びスイッチ制御ユニットの回路図である。

Claims (15)

  1. アナログ/デジタルコンバータ(1)の入力レンジのサイズを制御するための第1レンジ制御値を生成するように構成された第1レンジ制御ユニット(100)と、
    前記入力レンジの中点を制御するための第2レンジ制御値を生成するように構成された第2レンジ制御ユニット(200)と、
    前記第1レンジ制御ユニット(100)及び前記第2レンジ制御ユニット(200)に電気的に動作可能に接続された基準レベルユニット(300)であって、少なくとも前記第1及び第2レンジ制御値に基づいて複数の基準レベルを生成するように構成された基準レベルユニット(300)と、
    前記第2レンジ制御ユニット(200)及び前記基準レベルユニット(300)に電気的に動作可能に接続された比較ユニット(400)であって、前記アナログ/デジタルコンバータ(1)のアナログ入力値と前記第2レンジ制御値との間の差と前記複数の基準レベルの個々の基準レベルとの間における少なくとも1つの比較を実行すると共に、前記少なくとも1つの比較に基づいて前記アナログ/デジタルコンバータ(1)のデジタル出力値を生成するように構成された比較ユニット(400)とを有することを特徴とするアナログ/デジタルコンバータ。
  2. 前記第1レンジ制御値は、前記複数の基準レベルの最大基準レベルと最小基準レベルとの間の差を制御している請求項1記載のアナログ/デジタルコンバータ。
  3. 前記複数の基準レベルの平均値は、前記第2レンジ制御値に比例している請求項1又は2記載のアナログ/デジタルコンバータ。
  4. 前記第1レンジ制御ユニット(100)は、前記アナログ/デジタルコントローラ(1)の第1制御インターフェイス(4)を介してデジタル的に制御可能であり、且つ/又は、前記第2レンジ制御ユニット(200)は、第2制御インターフェイス(5)を介してデジタル的に制御可能である請求項1から3のいずれか一項に記載のアナログ/デジタルコンバータ。
  5. 前記第1レンジ制御ユニット(100)は、第1MOSトランジスタ(103)と、前記第1MOSトランジスタ(103)に電気的に動作可能に接続されたデジタル/アナログコンバータ(101)と、第1抵抗器ストリング(105)とを有しており、ここで、前記第1レンジ制御ユニット(100)は、前記第1MOSトランジスタ(103)のゲート端子にて前記第1レンジ制御値を生成するように構成されており、前記デジタル/アナログコンバータ(101)は、前記第1MOSトランジスタ(103)のドレイン電流を制御するように構成されており、前記第1MOSトランジスタ(103)は、前記ドレイン電流を前記第1抵抗器ストリング(105)内に注入するように構成されており、前記第1抵抗器ストリング(105)は、前記第2レンジ制御ユニット(200)用の少なくとも1つの基準値を生成するように構成されている請求項4記載のアナログ/デジタルコンバータ。
  6. 前記第2レンジ制御ユニット(200)は、前記第1抵抗器ストリング(105)によって生成された少なくとも1つの基準値の中の1つの基準値を選択するように構成されたマルチプレクサユニット(201)を有しており、ここで、前記第2レンジ制御ユニット(200)は、更に、前記少なくとも1つの基準値の中の前記選択された1つの基準値又は当該基準値から導出された値を出力するように構成されている請求項5記載のアナログ/デジタルコンバータ。
  7. 前記基準レベルユニット(300)は、少なくとも第2抵抗器ストリング(305)内に注入された基準電流に基づいて前記複数の基準レベルを生成するように構成された前記第2抵抗器ストリング(305)を有する請求項1から6のいずれか一項に記載のアナログ/デジタルコンバータ。
  8. 前記基準レベルユニット(300)は、更に、ゲート端子において前記第1レンジ制御値を受け取ると共に、前記第1レンジ制御値に基づいて前記基準電流を生成するように構成された第2MOSトランジスタ(302)を有する請求項7記載のアナログ/デジタルコンバータ。
  9. 前記基準レベルユニット(300)は、更に、演算増幅器(OP)又は演算トランスコンダクタンス増幅器(OTA)(304)の第1入力端子において前記第2レンジ制御値を受け取ると共に、前記第2抵抗器ストリング(305)に接続された第3MOSトランジスタ(303)のゲート端子に制御電圧を供給するように構成された前記演算増幅器(OP)又は演算トランスコンダクタンス増幅器(OTA)(304)を有しており、ここで、前記OP又はOTA(304)の第2入力端子は、前記第2抵抗器ストリング(305)の内部ノードに接続されている請求項7又は8記載のアナログ/デジタルコンバータ。
  10. 前記比較ユニット(400)は、前記複数の基準レベルの中の1つの基準レベルを選択すると共に、前記複数の基準レベルの中の前記選択された1つの基準レベルを少なくとも1つのマルチプレクサユニット(402)の出力端子(580)に転送するように構成された前記少なくとも1つのマルチプレクサユニット(402)を有する請求項1から9のいずれか一項に記載のアナログ/デジタルコンバータ。
  11. 前記比較ユニット(400)内の前記少なくとも1つのマルチプレクサユニット(402)は、導通状態に設定されたときに、前記複数の基準レベルの中の1つの基準レベルを前記マルチプレクサユニット(402)の前記出力(580)に転送するように構成された複数のMOSトランジスタ(501、502、503及び504)を有する請求項10記載のアナログ/デジタルコンバータ。
  12. 前記複数のMOSトランジスタ(501、502、503及び504)の各々は、スイッチ制御ユニット(510、520、530及び540)に電気的に動作可能に接続されており、この場合に、充電されたコンデンサ(513)を前記MOSトランジスタ(501、502、503及び504)に接続することによって、各々のスイッチ制御ユニット(510、520、530及び540)は、自身に動作可能に接続されている前記MOSトランジスタ(501、502、503及び504)を前記導通状態に設定するように構成されている請求項11記載のアナログ/デジタルコンバータ。
  13. 請求項1から12のいずれか一項に記載のアナログ/デジタルコンバータを有する集積回路。
  14. 請求項1から12のいずれか一項に記載のアナログ/デジタルコンバータを有する電子装置。
  15. 前記電子装置は、モニタ、プロジェクタ、テレビ受像機、又は無線トランシーバである請求項14記載の電子装置。
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