JP4977115B2 - Pipeline type A / D converter - Google Patents

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Description

本発明は、パイプライン型A/Dコンバーに関する。 The present invention relates to a pipeline type A / D converter.

図11は、パイプライン型A/Dコンバータの従来技術を説明するための図である。このようなパイプライン型A/Dコンバータの従来技術は、例えば、特許文献1に記載されている。この図は、特許文献1に記載されているパイプライン型A/Dコンバータを構成するステージの回路図であり、A/D変換部40と、2つのD/A変換部D/A1、D/A2を備えている。A/D変換部D/A1、D/A2にはアナログ入力信号Vinが入力され、A/D変換される。変換後のデジタル信号は、デジタル信号を使って演算を実行する制御回路に出力されると共に、D/A変換される。D/A変換されたアナログ信号は、2つの多値出力回路M1、M2によって多値出力値に振り分けられる。   FIG. 11 is a diagram for explaining the prior art of the pipeline type A / D converter. The prior art of such a pipeline type A / D converter is described in Patent Document 1, for example. This figure is a circuit diagram of a stage constituting the pipeline type A / D converter described in Patent Document 1, and includes an A / D conversion unit 40, two D / A conversion units D / A1, and D / D. A2 is provided. An analog input signal Vin is input to the A / D converters D / A1 and D / A2, and A / D conversion is performed. The converted digital signal is output to a control circuit that performs an operation using the digital signal and is D / A converted. The D / A converted analog signal is distributed to multi-value output values by two multi-value output circuits M1 and M2.

また、図示したステージは、アナログ入力信号Vinをサンプル、ホールドする2つの切り替え可能なサンプルホールド回路S/H10、S/H20を備えている。サンプルホールド回路の一方がホールド動作中、他方のサンプルホールド回路はサンプル動作を行う。
2つのサンプルホールド回路は、それぞれアナログスイッチSW1、SW2、キャパシタC1、C2を直列に接続した回路と、アナログスイッチSW3、SW4、キャパシタC3、C4直列に接続した回路とで構成され、両者は直列接続されている。各サンプルホールド回路において2つのキャパシタの静電容量は相等しい。
The illustrated stage includes two switchable sample and hold circuits S / H10 and S / H20 that sample and hold the analog input signal Vin. While one of the sample and hold circuits is in the hold operation, the other sample and hold circuit performs the sample operation.
The two sample and hold circuits are composed of a circuit in which analog switches SW1 and SW2 and capacitors C1 and C2 are connected in series, and a circuit in which analog switches SW3 and SW4 and capacitors C3 and C4 are connected in series, both connected in series. Has been. In each sample and hold circuit, the capacitances of the two capacitors are equal.

サンプルホールド回路の一方が備えるキャパシタのうち一方が演算増幅器71の入力端子に接続されている場合、サンプルホールド回路の他方が備えるキャパシタのうちの一方は演算増幅器71の入力端子に接続されていない。また、サンプルホールド回路の一方が備えるキャパシタのうちの他方が多値出力回路の一方の出力端に接続されている場合、サンプルホールド回路の他方が備えるキャパシタのうちの他方は多値出力回路の他方に接続されていない。   When one of the capacitors included in one of the sample and hold circuits is connected to the input terminal of the operational amplifier 71, one of the capacitors included in the other of the sample and hold circuit is not connected to the input terminal of the operational amplifier 71. When the other of the capacitors included in one of the sample and hold circuits is connected to one output terminal of the multi-value output circuit, the other of the capacitors included in the other of the sample and hold circuit is the other of the multi-value output circuit. Not connected to.

このような構成により、従来技術は、2つのサンプルホールド回路S/H10、S/H20を交互にサンプルまたはホールド動作させることができる。
特開2000−13232号公報
With such a configuration, the conventional technology can alternately sample or hold the two sample and hold circuits S / H10 and S / H20.
JP 2000-13232 A

しかしながら、上述したパイプライン型A/Dコンバータでは、演算増幅器71のVoutの寄生容量に蓄えられた電荷、すなわち前状態の情報が残ってしまう場合があり、所望のセトリング精度を得ることが出来ず、パイプライン型A/Dコンバータの更なる高精度化を実現するのは困難であった。
パイプライン型A/Dコンバータの高精度化を実現していく上では、前記演算増幅器71のDCゲインを高く保ったままセトリング精度を上げ、さらに、前記演算増幅器71の安定性を確保する必要があり、これらを満たすためには演算増幅器71の消費電力を増大させる必要があった。
本発明は、上記した点に鑑みてなされたものであり、消費電力を増大させることなく高精度動作が可能なパイプライン型A/Dコンバータを提供することを目的とする。
However, in the above-described pipeline type A / D converter, the charge stored in the parasitic capacitance of Vout of the operational amplifier 71, that is, information on the previous state may remain, and a desired settling accuracy cannot be obtained. Therefore, it has been difficult to achieve higher accuracy of the pipeline type A / D converter.
In order to achieve high accuracy of the pipeline type A / D converter, it is necessary to increase the settling accuracy while keeping the DC gain of the operational amplifier 71 high and to ensure the stability of the operational amplifier 71. In order to satisfy these requirements, it is necessary to increase the power consumption of the operational amplifier 71.
The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide a pipeline type A / D converter capable of high-precision operations without increasing the power consumption.

以上の課題を解決するため、本発明の請求項1に記載のパイプライン型A/Dコンバータは、アナログ第1入力信号(例えば図3に示したVPin)と、当該アナログ第1入力信号と差動信号対をなすアナログ第2入力信号(例えば図3に示したVNin)とをデジタル信号(例えば図3に示したdj)に変換すると共に、当該デジタル信号と前記アナログ第1入力信号と前記アナログ第2入力信号とによって生成されたアナログ第1差動出力信号(例えば図3に示したVPout)とアナログ第2差動出力信号(例えば図3に示したVNout)とを後段の他のステージに出力するステージを複数備えたパイプライン型A/Dコンバータであって、前記ステージは、前記アナログ第1入力信号及び前記アナログ第2入力信号を別個にサンプリングするサンプリング回路(例えば図3に示したサンプルキャップCAP307a、307b、307c、307d、SW304c、304d、304a、304k、304l、304i)と、前記サンプリング回路のサンプリング動作タイミングを決定するサンプルタイミング切替スイッチ(例えば図3に示したSW304c、304d、304k、304l)と、前記サンプリング回路においてサンプリングされた前記アナログ第1入力信号の値及び前記アナログ第2入力信号の値を、それぞれ前記デジタル信号の値に応じて調整するサンプリング値調整回路(例えば図3に示した多値出力回路306、309)と、前記サンプリング値調整回路によって調整された前記アナログ第1入力信号及び前記アナログ第2入力信号をホールドするホールド手段(例えば図3に示した増幅器305)と、前記アナログ第1入力信号及び前記アナログ第2入力信号とのホールド後、前記アナログ第1差動出力信号(例えば図3に示したVPout)、前記アナログ第2差動出力信号(例えば図3に示したVNout)として前記後段の他のステージに出力する転送スイッチ(例えば図3に示したSW304b、304j)と、前記転送スイッチによる転送に先立って、前記アナログ第1差動出力信号が出力される端子(例えば図3に示した端子310)と前記アナログ第2差動出力信号が出力される端子(例えば図3に示した端子311)とを短絡し、前記アナログ第1差動出力信号と前記アナログ第2差動出力信号とをイコライズするイコライザスイッチ(例えば図3に示したSW304q)と、を備え、前記ホールド手段が増幅器(例えば図3に示した増幅器305)であって、前記イコライザスイッチは、前記アナログ第1差動出力信号と前記アナログ第2差動出力信号とがイコライズされる期間に前記増幅器の出力端子間(例えば図3に示した端子310、311)を短絡し、前記イコライザスイッチによるイコライズは、前記増幅器によるホールドの開始後であって、開始されたホールドが終了する前に終了されることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the pipeline type A / D converter according to claim 1 of the present invention is different from the analog first input signal (for example, VPin shown in FIG. 3) and the analog first input signal. The analog second input signal (for example, VNin shown in FIG. 3) forming a dynamic signal pair is converted into a digital signal (for example, dj shown in FIG. 3), and the digital signal, the analog first input signal, and the analog The analog first differential output signal (for example, VPout shown in FIG. 3) generated by the second input signal and the analog second differential output signal (for example, VNout shown in FIG. 3) are sent to other stages in the subsequent stage. A pipelined A / D converter having a plurality of output stages, wherein the stage samples the analog first input signal and the analog second input signal separately. Circuits (for example, sample caps CAPa 307a, 307b, 307c, 307d, SW304c, 304d, 304a, 304k, 304l, and 304i shown in FIG. 3) and sample timing changeover switches (for example, FIG. 3) that determine the sampling operation timing of the sampling circuit SW304c, 304d, 304k, 304l) and the value of the analog first input signal and the value of the analog second input signal sampled in the sampling circuit are adjusted in accordance with the value of the digital signal, respectively. Sampling value adjustment circuit (for example, the multi-value output circuits 306 and 309 shown in FIG. 3) and hold means (for example, holding the analog first input signal and the analog second input signal adjusted by the sampling value adjustment circuit) For example, the amplifier 305 shown in FIG. 3 and the analog first input signal and the analog second input signal are held, and then the analog first differential output signal (for example, VPout shown in FIG. 3), the analog first input signal. A transfer switch (for example, SW304b and 304j shown in FIG. 3) that outputs to the other stage as the second differential output signal (eg, VNout shown in FIG. 3), and the analog before the transfer by the transfer switch. Short-circuiting a terminal from which the first differential output signal is output (for example, the terminal 310 shown in FIG. 3) and a terminal from which the analog second differential output signal is output (for example, the terminal 311 shown in FIG. 3); wherein the equalizer switch for equalizing and said analog first differential output signal analog second differential output signal (e.g. SW304q shown in FIG. 3), wherein the hold The stage is an amplifier (eg, amplifier 305 shown in FIG. 3), and the equalizer switch outputs the amplifier during a period in which the analog first differential output signal and the analog second differential output signal are equalized. The terminals (for example, the terminals 310 and 311 shown in FIG. 3) are short-circuited, and the equalization by the equalizer switch is finished after the start of the hold by the amplifier and before the end of the started hold. Features.

また、請求項に記載のパイプライン型A/Dコンバータは、上記発明において、前記イコライザスイッチによるイコライズは、前記サンプリング回路によるサンプリング期間の終了後、前記増幅器によるホールドの期間が開始する前に開始されることが望ましい In the pipeline type A / D converter according to claim 2 , in the above invention, equalization by the equalizer switch is started after a sampling period by the sampling circuit is finished and before a holding period by the amplifier is started. It is desirable that

請求項1に記載の発明によれば、アナログ第1差動出力信号、アナログ第2差動出力信号の転送に先立ってアナログ第1差動出力信号が出力される端子とアナログ第2差動出力信号が出力される端子とを短絡することができる。このため、アナログ第1差動出力信号、アナログ第2差動出力信号がいずれも両者の中間電位になり、端子の寄生容量に蓄えられた電荷、すなわち直前の状態の情報を打ち消すことが可能となる。また、ホールドフェイズにおいてアナログ第1差動出力信号、アナログ第2差動出力信号間の電圧の初期値が0に近づくため、消費電力を増大させることなく出力信号のDCゲインを高く保ったままセトリング精度を上げることができる。さらに、出力信号の値の安定性をも確保することが可能になる。
また、イコライザスイッチがアナログ第1差動出力信号と前記アナログ第2差動出力信号とをイコライズする期間に増幅器の出力端子間を短絡するので、演算増幅器の安定性を確保し、高精度動作が可能なパイプライン型A/Dコンバータを提供することができる。また、適正なタイミングでイコライズスイッチの動作を終了させることができる。
According to the first aspect of the present invention, the terminal for outputting the analog first differential output signal and the analog second differential output prior to the transfer of the analog first differential output signal and the analog second differential output signal. A terminal to which a signal is output can be short-circuited. For this reason, the analog first differential output signal and the analog second differential output signal are both at an intermediate potential, and the charge stored in the parasitic capacitance of the terminal, that is, the information on the immediately preceding state can be canceled. Become. In addition, since the initial value of the voltage between the analog first differential output signal and the analog second differential output signal approaches 0 in the hold phase, settling is performed while keeping the DC gain of the output signal high without increasing power consumption. The accuracy can be increased. Furthermore, it becomes possible to ensure the stability of the value of the output signal.
In addition, since the equalizer switch short-circuits between the output terminals of the amplifier during the period in which the analog first differential output signal and the analog second differential output signal are equalized, the stability of the operational amplifier is ensured and high-precision operation is achieved. A possible pipelined A / D converter can be provided. Further, the operation of the equalizing switch can be terminated at an appropriate timing.

求項に記載のパイプライン型A/Dコンバータは、適正なタイミングでイコライズスイッチの動作を開始させることができる。 Motomeko 2 pipeline type A / D converter according to the Ru can initiate operation of the equalizing switch at an appropriate timing.

以下、本発明の一実施の形態を、図面を使って説明する。
(パイプライン型A/Dコンバータの構成)
図1は、本実施形態のパイプライン型A/Dコンバータのブロック図である。本実施形態のパイプライン型A/Dコンバータは、アナログ差動入力信号AinをNビットのデジタル出力信号Doutに変換するコンバータである。このため、アナログ差動入力信号Ainをサンプルホールドする入力サンプルホールド回路(図中にS/Hと記す)101と、各ビットを決定するための縦列接続されたk個のステージ(図中にSと記す)S1、S2…Skと、各ステージにおいて決定されたn桁のデジタル出力信号dj(jは1〜k)を格納するメモリ103と、メモリ103に格納されたデジタル出力信号djに基づいてアナログ差動入力信号AinのA/D変換値をデジタル出力信号Doutを演算する演算回路104と、を有している。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Configuration of pipeline type A / D converter)
FIG. 1 is a block diagram of the pipeline type A / D converter of the present embodiment. The pipeline type A / D converter of this embodiment is a converter that converts an analog differential input signal Ain into an N-bit digital output signal Dout. Therefore, an input sample and hold circuit (denoted as S / H in the figure) 101 that samples and holds the analog differential input signal Ain, and k stages (in the figure, S in the figure) connected in cascade to determine each bit. S1, S2... Sk, a memory 103 for storing n-digit digital output signals dj (j is 1 to k) determined in each stage, and a digital output signal dj stored in the memory 103. And an arithmetic circuit 104 that calculates a digital output signal Dout from an A / D conversion value of the analog differential input signal Ain.

サンプルホールド回路101はアナログ差動入力信号Ainをサンプルし、ホールドした値をアナログ入力信号Vinとして第1番目のステージS1に送出する回路である。サンプルホールド回路101には、アナログスイッチとキャパシタを含む無帰還サンプルホールド回路等が適用される。
ステージS1〜Skは直列に接続され、各々入力されるアナログ入力信号Vinに基づいてn桁のデジタル出力信号djをメモリ103に送出する。また、各ステージでは、前段からアナログ入力信号Vinが入力され、デジタル出力信号djとアナログ入力信号Vinとによって生成されたアナログ出力信号Voutが、次のステージに出力される。図中にステージS1を基準にしたアナログ入力信号Vin、アナログ出力信号Voutを示す。なお、アナログ入力信号Vin及びアナログ出力信号Voutの詳細については後述するものとする。
The sample hold circuit 101 is a circuit that samples the analog differential input signal Ain and sends the held value to the first stage S1 as the analog input signal Vin. The sample and hold circuit 101 is a non-feedback sample and hold circuit including an analog switch and a capacitor.
The stages S <b> 1 to Sk are connected in series, and send an n-digit digital output signal dj to the memory 103 based on each input analog input signal Vin. In each stage, the analog input signal Vin is input from the previous stage, and the analog output signal Vout generated by the digital output signal dj and the analog input signal Vin is output to the next stage. In the figure, an analog input signal Vin and an analog output signal Vout are shown with the stage S1 as a reference. The details of the analog input signal Vin and the analog output signal Vout will be described later.

メモリ103は、k個のステージS1〜Skの各々からn桁のデジタル出力信号djを入力し、格納する。このため、メモリ103には、少なくとも、nビットのアドレスをk個格納できる半導体メモリ等が用いられる。
演算回路104は、メモリ103に格納されたデジタル出力信号djに基づいて演算し、N桁のデジタル出力信号Doutを出力する。デジタル出力信号Doutを算出するための演算は、次のように行われる。
The memory 103 receives and stores an n-digit digital output signal dj from each of the k stages S1 to Sk. Therefore, the memory 103 is a semiconductor memory or the like that can store at least k n-bit addresses.
The arithmetic circuit 104 calculates based on the digital output signal dj stored in the memory 103 and outputs an N-digit digital output signal Dout. The calculation for calculating the digital output signal Dout is performed as follows.

すなわち、演算回路104は、ステージSkのデジタル出力dkの最上位の桁と、ステージS(k−1)のデジタル出力d(k−1)の最下位桁を2進法で加算する。さらに、加算の結果(加算値)に基づいて、d(k−1)の最上位桁と、ステージS(k−2)のデジタル出力d(k−2)の最下位桁を、同じく2進法で加算する。
このような処理を繰り返し、ステージS1のデジタル出力d1の最下位桁とステージS2のデジタル出力d2の最上位桁までを足し合わせる。足し合わされた最終的な結果は、デジタル出力信号Doutとして出力される。
That is, the arithmetic circuit 104 adds the most significant digit of the digital output dk of the stage Sk and the least significant digit of the digital output d (k−1) of the stage S (k−1) in a binary system. Further, based on the result of addition (added value), the most significant digit of d (k−1) and the least significant digit of the digital output d (k−2) of stage S (k−2) are also binary-coded. Add by the method.
Such processing is repeated to add up the least significant digit of the digital output d1 of the stage S1 and the most significant digit of the digital output d2 of the stage S2. The final result of the addition is output as a digital output signal Dout.

図2は、以上述べたデジタル出力信号Doutを算出する演算を例示するための図である。図2の例では、4個のステージS1〜S4があって、各ステージS1〜S4が、3桁のデジタル出力d1〜d4をそれぞれ図1に示したメモリ103に出力するものとする。より具体的には、デジタル出力d1〜d4の値を、以下のように定める。
d1=001、d2=100、d3=101、d4=111
図2の例では、隣接するステージによって出力されるデジタル出力の最上位桁と最下位桁とを加算した結果、デジタル出力信号Doutとして、「010011011」の値が得られる。
FIG. 2 is a diagram for illustrating the calculation for calculating the digital output signal Dout described above. In the example of FIG. 2, there are four stages S1 to S4, and each of the stages S1 to S4 outputs three-digit digital outputs d1 to d4 to the memory 103 shown in FIG. More specifically, the values of the digital outputs d1 to d4 are determined as follows.
d1 = 001, d2 = 100, d3 = 101, d4 = 111
In the example of FIG. 2, as a result of adding the most significant digit and the least significant digit of the digital output output by the adjacent stages, a value of “010011011” is obtained as the digital output signal Dout.

(ステージ)
図3は、本実施形態のパイプライン型A/Dコンバータのステージを説明するための図であって、複数のステージのうちの1つの回路構成を示している。なお、図1に示したステージS1〜Skの各々は、同一の回路構成を有しているから、図3によるステージの説明を、全てのステージS1〜Skの説明に代えるものとする。
各ステージは、前段のステージ(ステージS1についてはサンプルホールド回路(図1中S/Hと記す)101からアナログ差動入力信号VPin、VNinを入力し、デジタル出力信号djを出力すると共に、後段のステージがある場合には、後段のステージにアナログ差動出力信号VPout、VNoutを出力する回路である。アナログ差動入力信号VPin、VNinはアナログ入力信号Vinを構成する一対の差動信号であり、アナログ差動出力信号VPout、VNoutはアナログ出力信号Voutを構成する一対の差動信号である。
(stage)
FIG. 3 is a diagram for describing the stages of the pipeline type A / D converter of the present embodiment, and shows a circuit configuration of one of the plurality of stages. Since each of the stages S1 to Sk shown in FIG. 1 has the same circuit configuration, the description of the stage according to FIG. 3 is replaced with the description of all the stages S1 to Sk.
Each stage receives analog differential input signals VPin and VNin from the preceding stage (for the stage S1, the sample-and-hold circuit (denoted as S / H in FIG. 1) 101), outputs the digital output signal dj, and the subsequent stage. When there is a stage, it is a circuit that outputs analog differential output signals VPout and VNout to the subsequent stage, where the analog differential input signals VPin and VNin are a pair of differential signals that constitute the analog input signal Vin, The analog differential output signals VPout and VNout are a pair of differential signals constituting the analog output signal Vout.

各ステージは、入力されたアナログ差動入力信号VPin、VNinをサンプリングするサンプルキャップ(以下CAPと記す)307a、307b、307c、307dと、CAP307a、307b、307c、307dのサンプリング動作タイミングを決定するスイッチ(以下SWと記す)304a、304c、304d、304i、304k、304l、304b、304e、304j、304mを有している。SW304a、304c、304d、304i、304k、304lの開閉はクロックφ1にしたがって行われ、SW304b、304e、304j、304mの開閉はクロックφ2にしたがって行われる。   Each stage is a sample cap (hereinafter referred to as CAP) 307a, 307b, 307c, 307d for sampling the input analog differential input signals VPin, VNin, and a switch for determining the sampling operation timing of the CAPs 307a, 307b, 307c, 307d. (Hereinafter referred to as SW) 304a, 304c, 304d, 304i, 304k, 304l, 304b, 304e, 304j, 304m. The SWs 304a, 304c, 304d, 304i, 304k, and 304l are opened and closed according to the clock φ1, and the SWs 304b, 304e, 304j, and 304m are opened and closed according to the clock φ2.

各ステージは制御回路302を有し、サンプルトリガーφ3、クロックφ1、φ2が制御回路302によって出力されるものとする。
また、各ステージは、アナログ差動入力信号VPin、VNinをデジタル出力信号djに変換するA/D変換器301と、CAP307a、307b、307c、307dにサンプリングされた信号をデジタル出力信号djの値に応じて調整する多値出力回路306、309を備えている。多値出力回路306、309による調整は、CAP307a、307b、307c、307dの出力を所定の多値出力に振り分けることによって行われる。
Each stage has a control circuit 302, and a sample trigger φ3 and clocks φ1 and φ2 are output by the control circuit 302.
Each stage also converts an analog differential input signal VPin, VNin into a digital output signal dj, and a signal sampled by the CAPs 307a, 307b, 307c, 307d into the value of the digital output signal dj. Multi-value output circuits 306 and 309 that adjust accordingly are provided. The adjustment by the multi-value output circuits 306 and 309 is performed by distributing the outputs of the CAPs 307a, 307b, 307c, and 307d to predetermined multi-value outputs.

また、ステージは、図1に示したサンプルホールド回路101の出力をA/D変換器301のデジタル出力のビット数に応じた所定のゲインGで増幅する増幅器305を備えている。増幅器305は、全差動演算増幅器であって、サンプリングされた信号をホールドして増幅する。パイプライン型A/D変換器301では、増幅器305のゲインGを、入力されたA/D変換器301のデジタル出力信号djの桁数がnの時、2の(n−1)乗としなければならない。   The stage also includes an amplifier 305 that amplifies the output of the sample and hold circuit 101 shown in FIG. 1 with a predetermined gain G corresponding to the number of bits of the digital output of the A / D converter 301. The amplifier 305 is a fully differential operational amplifier, and holds and amplifies the sampled signal. In the pipeline type A / D converter 301, the gain G of the amplifier 305 must be 2 (n-1) power when the number of digits of the input digital output signal dj of the A / D converter 301 is n. I must.

さらに、本実施形態のパイプライン型A/Dコンバータは、サンプルトリガーφ3にしたがってオン、オフするSW304qを備えている。SW304qは、増幅器305のアナログ差動出力信号VPoutを出力する出力端子310、アナログ差動出力信号VNoutを出力する出力端子311を短絡し、アナログ差動出力信号VPout、VNoutをイコライズするスイッチである。
多値出力回路306に含まれるSW304f、304g、304h、多値出力回路309に含まれるSW304n、304o、304pの開閉は、A/D変換器301の出力結果にしたがって行われる。以上のSW304a〜304pは、いずれもアナログスイッチである。
Further, the pipeline type A / D converter of the present embodiment includes a SW 304q that is turned on and off in accordance with the sample trigger φ3. SW304q is a switch that short-circuits the output terminal 310 of the amplifier 305 that outputs the analog differential output signal VPout and the output terminal 311 that outputs the analog differential output signal VNout, and equalizes the analog differential output signals VPout and VNout.
The SWs 304f, 304g, and 304h included in the multi-value output circuit 306 and the SWs 304n, 304o, and 304p included in the multi-value output circuit 309 are opened / closed according to the output result of the A / D converter 301. The above SWs 304a to 304p are all analog switches.

以上のCAP307a、CAP307b、CAP307c、CAP307d、SW304a、304c、304d、304e、304i、304k、304l、304m、及び多値出力回路306、309はデジタル出力信号djからアナログ信号を生成する構成であって、D/Aサブコンバータとして機能する。
また、図中に符号303、308を付して示した箇所は、サミングノード(図中にNodeと記す)であり、電荷を保存することができる。
The CAP 307a, CAP 307b, CAP 307c, CAP 307d, SW 304a, 304c, 304d, 304e, 304i, 304k, 304l, 304m, and multi-value output circuits 306, 309 are configured to generate an analog signal from the digital output signal dj. It functions as a D / A sub-converter.
Further, portions denoted by reference numerals 303 and 308 in the figure are summing nodes (denoted as Node in the figure) and can store charges.

(A/D変換器)
図4は、図3に示したA/D変換器301を説明するためのブロック図である。ここでは、簡単のため、アナログ差動入力信号を、
アナログ入力信号Vin=VPin−VNin
として説明する。A/D変換器301は、サンプリングトリガーφ1を入力し、サンプリングトリガーφ1の立下がりに同期してアナログ差動入力信号VPinの値を確定する。判定回路401、402は、確定されたアナログ差動入力信号VPinの値と、予め設定されている基準電圧(1/4)Vr、(−1/4)Vrとを比較し、結果をデジタル出力信号djとして出力する。
(A / D converter)
FIG. 4 is a block diagram for explaining the A / D converter 301 shown in FIG. Here, for simplicity, the analog differential input signal is
Analog input signal Vin = VPin-VNin
Will be described. The A / D converter 301 receives the sampling trigger φ1 and determines the value of the analog differential input signal VPin in synchronization with the falling of the sampling trigger φ1. The determination circuits 401 and 402 compare the determined value of the analog differential input signal VPin with preset reference voltages (1/4) Vr, (-1/4) Vr, and digitally output the result. Output as signal dj.

デジタル出力信号djは、多値出力回路306、309に入力されてSW304f〜304h、304n〜304pを制御する。また、デジタル出力信号djは、図1に示したメモリ103に蓄積された後に図1に示した演算回路104に入力される。演算回路104は、デジタル出力信号d1〜dkを入力し、演算してデジタル出力信号Dout[1:0]を出力する。判定回路401、402は離散システムのコンパレータであって、この際、サンプルトリガーφ1の立下がりに対して遅延を生じる。
なお、図4は、1.5bitのA/D変換器におけるコンパレータの構成を表している。(m+0.5)bitA/D変換器の場合は、コンパレータが(2の(m+1)乗−2)個必要であり、その基準電圧は(±1、±3、±5、…、±(2の(m+1)乗−3))/(2の(m+1)乗)としなければならない。
The digital output signal dj is input to the multi-value output circuits 306 and 309 to control the SWs 304f to 304h and 304n to 304p. The digital output signal dj is stored in the memory 103 shown in FIG. 1 and then input to the arithmetic circuit 104 shown in FIG. The arithmetic circuit 104 receives the digital output signals d1 to dk, calculates them, and outputs a digital output signal Dout [1: 0]. The determination circuits 401 and 402 are discrete system comparators, and at this time, a delay is generated with respect to the fall of the sample trigger φ1.
FIG. 4 shows the configuration of a comparator in a 1.5-bit A / D converter. In the case of the (m + 0.5) bit A / D converter, (2 (m + 1) th power −2) comparators are required, and the reference voltages are (± 1, ± 3, ± 5,..., ± (2 (M + 1) -3)) / (2 to the (m + 1) th power).

(動作)
以下、以上説明した構成のステージの動作を説明する。
図3に示したように、アナログ差動入力信号VPinは、SW304cのオンによってCAP307aに導かれ、SW304dのオンによってCAP307bに導かれる。アナログ差動入力信号VNinは、SW304kのオンによってCAP307cに導かれ、SW304lのオンによってCAP307dに導かれる。CAP307a、CAP307b、CAP307c、CAP307dは、アナログ差動入力信号VPin、VNinの電荷をチャージしてサンプリングを行う。サンプリングを行うことを、以降サンプル動作とも記す。
(Operation)
The operation of the stage having the above-described configuration will be described below.
As shown in FIG. 3, the analog differential input signal VPin is guided to the CAP 307a when the SW 304c is turned on, and is guided to the CAP 307b when the SW 304d is turned on. The analog differential input signal VNin is guided to the CAP 307c when the SW 304k is turned on, and is guided to the CAP 307d when the SW 304l is turned on. The CAP 307a, CAP 307b, CAP 307c, and CAP 307d perform sampling by charging the analog differential input signals VPin and VNin. Sampling is hereinafter also referred to as sampling operation.

また、アナログ差動入力信号VPin、VNinは、A/D変換器301にも入力し、デジタル出力信号djに変換される。デジタル出力信号djは、図1に示したメモリ103に出力され、また、分岐されて多値出力回路306、309を介し、SW304f〜304h、SW304n〜304pに導かれる。
ここで、A/D変換器301では公知の方法によって演算がされ、デジタル出力信号djの値が決定する。多値出力回路306、309では、SW304f〜304h、SW304n〜304pが、デジタル出力信号djの値に応じてオン、またはオフする。SW304f〜304h、SW304n〜304pのオン、オフにより、多値出力回路306、309は、アナログ差動出力信号VPout、VNoutを、予め設定されている上限値と下限値との範囲内の値になるように調整する。
The analog differential input signals VPin and VNin are also input to the A / D converter 301 and converted into a digital output signal dj. The digital output signal dj is output to the memory 103 shown in FIG. 1, and is branched and guided to the SWs 304f to 304h and SWs 304n to 304p via the multi-value output circuits 306 and 309.
Here, the A / D converter 301 performs calculation by a known method to determine the value of the digital output signal dj. In the multi-value output circuits 306 and 309, the SWs 304f to 304h and the SWs 304n to 304p are turned on or off according to the value of the digital output signal dj. By turning on / off the SWs 304f to 304h and SW304n to 304p, the multi-value output circuits 306 and 309 change the analog differential output signals VPout and VNout to values within the range between the preset upper limit value and lower limit value. Adjust as follows.

図3に示した例では、多値出力回路306は、SW304fがオンした場合に電圧値+VrVを出力する端子と接続し、SW304gがオンした場合には電圧値0Vを出力する端子と接続し、SW304hがオンした場合には電圧値−VrVを出力する端子と接続する。多値出力回路309は、SW304pがオンした場合に電圧値+VrVを出力する端子と接続し、SW304oがオンした場合には電圧値0Vを出力する端子と接続し、SW304nがオンした場合に電圧値−VrVを出力する端子と接続する。   In the example shown in FIG. 3, the multi-value output circuit 306 is connected to a terminal that outputs a voltage value + VrV when the SW 304f is turned on, and is connected to a terminal that outputs a voltage value 0V when the SW 304g is turned on. When the SW 304h is turned on, it is connected to a terminal that outputs a voltage value -VrV. The multi-value output circuit 309 is connected to a terminal that outputs a voltage value + VrV when the SW 304p is turned on, is connected to a terminal that outputs a voltage value 0V when the SW 304o is turned on, and a voltage value when the SW 304n is turned on. Connect to the terminal that outputs -VrV.

(サンプリングトリガー及びクロック)
ここで、図3中に示したサンプルトリガーφ3及びクロックφ1、φ2について説明する。
図5(a)〜(c)は、サンプルトリガーφ3及びクロックφ1、φ2の出力タイミングを説明するためのタイミングチャートであって、縦軸に信号値High(H)、Low(L)を、横軸に時間を示している。図5(a)は、クロックφ1のタイミングチャートである。図5(b)は、クロックφ2のタイミングチャートであり、図5(c)はサンプルトリガーφ3のタイミングチャートである。
パイプライン型A/Dコンバータでは、クロックφ1がHである期間がサンプルフェイズとなる。また、クロックφ2がHである期間がホールドフェイズとなる。
(Sampling trigger and clock)
Here, the sample trigger φ3 and the clocks φ1 and φ2 shown in FIG. 3 will be described.
5A to 5C are timing charts for explaining the output timing of the sample trigger φ3 and the clocks φ1 and φ2, and the vertical axis indicates the signal values High (H) and Low (L). Time is shown on the axis. FIG. 5A is a timing chart of the clock φ1. FIG. 5B is a timing chart of the clock φ2, and FIG. 5C is a timing chart of the sample trigger φ3.
In the pipeline type A / D converter, a period in which the clock φ1 is H is a sample phase. Further, a period during which the clock φ2 is H is a hold phase.

図中に示したt1、t2、t3、t4は、いずれもパイプライン型A/Dコンバータの動作タイミングを示すものであって、t1はサンプリングフェイズに含まれる任意のタイミングである。また、t2はサンプルフェイズでもなく、ホールドフェイズでもないタイミングである。このようなタイミングの範囲を、ノンオーバーラップフェイズという。また、t3はクロックφ2とサンプルトリガーφ3とが共にHであるフェイズ、つまりホールドフェイズの開始後数nsの区間に含まれる。また、t4は、ホールドフェイズにおいて、クロックφ2がHであり、サンプルトリガーφ3がLであるフェイズに含まれる。   In the figure, t1, t2, t3, and t4 all indicate the operation timing of the pipeline type A / D converter, and t1 is an arbitrary timing included in the sampling phase. Also, t2 is a timing that is neither a sample phase nor a hold phase. Such a timing range is called a non-overlap phase. Further, t3 is included in the phase in which both the clock φ2 and the sample trigger φ3 are H, that is, in the interval of several ns after the start of the hold phase. Further, t4 is included in the phase in which the clock φ2 is H and the sample trigger φ3 is L in the hold phase.

また、本実施形態では、サンプルトリガーφ3の立下がりが、クロックφ2の立上りよりも0.3ns程度早く設定されている。なお、クロックφ1とクロックφ2は、従来技術と同様に、同時にHにならないノンオーバーラップクロックとなっている。なお、本実施形態では、サンプルトリガーφ3の立下がりとクロックφ2の立上りとの時間差を0.3ns程度としている。しかし、本実施形態は、このような構成に限定されるものでなく、時間差をさらに大きく、または小さく設定することができるのは言うまでもない。   In the present embodiment, the fall of the sample trigger φ3 is set to be about 0.3 ns earlier than the rise of the clock φ2. Note that the clocks φ1 and φ2 are non-overlapping clocks that do not simultaneously become H, as in the prior art. In the present embodiment, the time difference between the fall of the sample trigger φ3 and the rise of the clock φ2 is set to about 0.3 ns. However, the present embodiment is not limited to such a configuration, and it goes without saying that the time difference can be set larger or smaller.

SW304qは、図3に示したように、サンプルトリガーφ3によってオン、オフする。図5に示したサンプルトリガーφ3のHでSW304qがオンし、Lでオフするものとすると、SW304qによるイコライズは、サンプリング期間の終了後(クロックφ1の立下り後)、ホールドの期間が開始する前(クロックφ2の立上り前)に開始される。また、ホールドの開始後(クロックφ2の立上り後)であって、開始されたホールドが終了する前(クロックφ2の立下り前)に終了する。
図3に示したステージでは、時刻t3の直前で起こるφ2の立ち上がり(図5(b))以降のホールドフェイズが、次段のステージのサンプルフェイズとなる。次段のステージは、図3で説明したステージのφ1をφ2、φ2をφ1に置き換えて本実施形態と同様に動作する。
As shown in FIG. 3, the SW 304q is turned on and off by the sample trigger φ3. Assuming that SW 304q is turned on at H of sample trigger φ3 shown in FIG. 5 and turned off at L, equalization by SW 304q is performed after the end of the sampling period (after the fall of clock φ1) and before the start of the hold period. It is started (before the rise of clock φ2). Also, after the start of the hold (after the rise of the clock φ2) and before the end of the held hold (before the fall of the clock φ2).
In the stage shown in FIG. 3, the hold phase after the rise of φ2 (FIG. 5B) that occurs immediately before time t3 is the sample phase of the next stage. The next stage operates in the same manner as in this embodiment by replacing φ1 of the stage described in FIG. 3 with φ2 and φ2 with φ1.

次に、図5に示したt1〜t4のタイミングにおける本実施形態のステージの動作を順を追って説明する。
図6は、図5に示したt1のタイミング、すなわちサンプルフェイズにおけるステージの状態を表した図である。サンプルフェイズでは、SW304cがオンされてアナログ差動入力信号VPinがCAP307aに導かれ、SW304dがオンされてアナログ差動入力信号VPinがCAP307bに導かれる。また、SW304kがオンされてアナログ差動入力信号VNinがCAP307cに導かれ、SW304lがオンされて、アナログ差動入力信号VNinがCAP307dに導かれる。さらに、SW304a、304iがオンするので、CAP307a、307b、307c、307dに電荷がチャージされてサンプル動作が行われる。
Next, the operation of the stage of this embodiment at the timings t1 to t4 shown in FIG. 5 will be described in order.
FIG. 6 is a diagram showing the timing of t1 shown in FIG. 5, that is, the state of the stage in the sample phase. In the sample phase, the SW 304c is turned on and the analog differential input signal VPin is guided to the CAP 307a, and the SW 304d is turned on and the analog differential input signal VPin is guided to the CAP 307b. Also, SW304k is turned on and the analog differential input signal VNin is guided to CAP307c, and SW304l is turned on and the analog differential input signal VNin is guided to CAP307d. Further, since the SWs 304a and 304i are turned on, the CAPs 307a, 307b, 307c, and 307d are charged and the sample operation is performed.

また、図6では、SW304fのオンと、SW304g及びSW304hのオフとが多値出力回路306の動作StateN−1において行われている。この際、A/D変換器301はサンプル動作の制御中であり、SW304fがオンして+Vrに接続されている。
また、同様に、SW304nのオンと、SW304o及びSW304pのオフとが多値出力回路309の動作StateN−1において行われている。この際、A/D変換器301はサンプル動作の制御中であり、SW304nがオンして−Vrに接続されている。
In FIG. 6, SW304f is turned on and SW304g and SW304h are turned off in the operation StateN-1 of the multi-value output circuit 306. At this time, the A / D converter 301 is controlling the sample operation, and the SW 304f is turned on and connected to + Vr.
Similarly, turning on SW304n and turning off SW304o and SW304p are performed in the operation StateN-1 of the multi-value output circuit 309. At this time, the A / D converter 301 is controlling the sample operation, and the SW 304n is turned on and connected to -Vr.

図7は、図5中t2のタイミング、すなわちノンオーバーラップフェイズにおけるステージの状態を表した図である。ノンオーバーラップフェイズでは、SW304a、304c、304d、304i、304k、304lがオフされ、SW304qがオンされる。このため、サンプルキャップ、CAP307a、307bにサンプリングされたアナログ差動入力信号VPinの電荷はサミングノード303に保存、確定される。サンプルキャップCAP307c、307dにサンプリングされたアナログ差動入力信号VNinの電荷は、サミングノード308に保存、確定される。このとき、アナログ差動出力信号VPoutを出力する端子310とVNoutを出力する端子311とがSW304qよって短絡されるので、VPout−VNout間の電圧が略0に近づいて、VPout、VNoutがイコライズされる。すなわち、SW304qは、VPout、VNoutがイコライズされる期間、端子310と端子311とを短絡することになる。   FIG. 7 is a diagram illustrating the timing of t2 in FIG. 5, that is, the state of the stage in the non-overlap phase. In the non-overlap phase, SWs 304a, 304c, 304d, 304i, 304k, 304l are turned off and SW304q is turned on. For this reason, the charges of the analog differential input signal VPin sampled by the sample caps CAP 307 a and 307 b are stored and determined in the summing node 303. The charges of the analog differential input signal VNin sampled in the sample caps CAP 307 c and 307 d are stored and determined in the summing node 308. At this time, since the terminal 310 that outputs the analog differential output signal VPout and the terminal 311 that outputs VNout are short-circuited by the SW 304q, the voltage between VPout and VNout approaches approximately 0, and VPout and VNout are equalized. . That is, the SW 304q short-circuits the terminal 310 and the terminal 311 during the period when VPout and VNout are equalized.

また、図7では、A/D変換器301の演算結果が多値出力回路306に反映され、動作StateN−1から、SW304hのオンと、SW304f及びSW304gのオフとが多値出力回路306の動作StateNにおいて行われる。また、同様に、A/D変換器301の演算結果が多値出力回路309に反映され、動作StateN−1から、SW304pのオンと、SW304n及びSW304oのオフとが多値出力回路309の動作StateNにおいて行われる。   In FIG. 7, the calculation result of the A / D converter 301 is reflected in the multi-value output circuit 306, and the operation of the multi-value output circuit 306 indicates that from the operation State N−1, SW 304 h is turned on and SW 304 f and SW 304 g are turned off. This is done in StateN. Similarly, the operation result of the A / D converter 301 is reflected in the multi-value output circuit 309, and from the operation State N-1, the SW 304p is turned on and the SW 304n and the SW 304o are turned off from the operation State N of the multi-value output circuit 309. Done in

図8は、図5中t3のタイミング、すなわち、ホールドフェイズの開始後0.3nsの間におけるステージの状態を表した図である。ホールドフェイズにおいては、SW304e、304b、及びSW304m、304jは、トリガーφ2にしたがってオンされる。このとき、ホールドフェイズでは、サミングノード303、及びサミングノード308に保存された電荷に対し、CAP307a、307b、及びCAP307c、307dで演算が行われる。このとき、CAP307a、307b、及びCAP307c、307dにチャージされた電荷は、SW304e、304b、及びSW304m、304jのオンによる影響を反映し、後段に転送される。   FIG. 8 is a diagram showing the state of the stage at the timing t3 in FIG. 5, that is, 0.3 ns after the start of the hold phase. In the hold phase, the SWs 304e and 304b and the SWs 304m and 304j are turned on according to the trigger φ2. At this time, in the hold phase, calculations are performed on the charges stored in the summing node 303 and the summing node 308 in the CAPs 307a and 307b and the CAPs 307c and 307d. At this time, the charges charged in the CAPs 307a and 307b and the CAPs 307c and 307d are transferred to the subsequent stage reflecting the influence of the SWs 304e and 304b and the SWs 304m and 304j being turned on.

転送の結果、アナログ差動出力信号VPout、VNoutが目標値として後段のステージに出力される。
このとき、本実施形態では、SW304qが先にオンされているので、出力信号端子VPoutとVNoutとが短絡されている。このため、出力信号VPout、VNoutの初期値は0になっていて、ステップ入力信号が収束するまでのセトリング時間を短縮させることが可能になる。
As a result of the transfer, the analog differential output signals VPout and VNout are output to the subsequent stage as target values.
At this time, in this embodiment, since the SW 304q is turned on first, the output signal terminals VPout and VNout are short-circuited. For this reason, the initial values of the output signals VPout and VNout are 0, and the settling time until the step input signal converges can be shortened.

より具体的には、VPin、VNinの入力レンジがそれぞれ0.5V〜1.5Vである場合、ノンオーバーラップフェイズ直前のサンプルフェイズにおいてVPin=0.5V、VNin=1.5Vが入力される。また、後のホールドフェイズにはVPin=1.5V、VNin=0.5Vが入力される。このような条件では、一般にセトリング時間が長くなることが知られている。
このような場合であっても、ノンオーバーラップフェイズにおいてVPout、VNout間を短絡しておけば、ホールドフェイズの開始後数nsの間のステップ応答のスルーレートが大幅に向上させることができる。このため、本実施形態によれば、セトリングに関する条件が厳しい場合においてもセトリング精度が向上させることができる。
More specifically, when the input ranges of VPin and VNin are 0.5V to 1.5V, VPin = 0.5V and VNin = 1.5V are input in the sample phase immediately before the non-overlap phase. In the subsequent hold phase, VPin = 1.5V and VNin = 0.5V are input. Under such conditions, it is generally known that the settling time becomes long.
Even in such a case, if VPout and VNout are short-circuited in the non-overlap phase, the slew rate of the step response for several ns after the start of the hold phase can be greatly improved. For this reason, according to the present embodiment, the settling accuracy can be improved even when the settling conditions are severe.

図9は、図5中のt4のタイミング、すなわちホールドフェイズにおいて、φ2がH、φ3がLである場合のステージの状態を表した図である。ホールドフェイズでは、サミングノード303に保存された電荷に対し、CAP307a、307bで演算が行われる。SW304e、SW304bは、トリガーφ2にしたがってオンされる。CAP307a、307bにチャージされた電荷は、SW304e、304bのオンによる影響を反映し、後段に転送される。転送の結果、アナログ差動出力信号VPoutが目標値として後段のステージに出力される。   FIG. 9 is a diagram illustrating the state of the stage when φ2 is H and φ3 is L in the timing of t4 in FIG. 5, that is, the hold phase. In the hold phase, the CAPs 307a and 307b perform calculations on the charges stored in the summing node 303. SW304e and SW304b are turned on according to the trigger φ2. The charges charged in the CAPs 307a and 307b reflect the influence of turning on the SWs 304e and 304b, and are transferred to the subsequent stage. As a result of the transfer, the analog differential output signal VPout is output to the subsequent stage as a target value.

また、同様に、サミングノード308に保存された電荷に対し、サンプルキャップ、CAP307c、307dで演算が行われる。SW304m、304jは、トリガーφ2にしたがってオンされる。サンプルキャップ、CAP307c、307dにチャージされた電荷は、SW304m、304jのオンによる影響を反映し、後段に転送される。転送の結果、アナログ差動出力信号VNoutが目標値として後段のステージに出力される。   Similarly, calculation is performed on the charges stored in the summing node 308 by the sample caps CAP 307 c and 307 d. The SWs 304m and 304j are turned on according to the trigger φ2. The charges charged in the sample caps and CAPs 307c and 307d are transferred to the subsequent stage, reflecting the effect of turning on the SWs 304m and 304j. As a result of the transfer, the analog differential output signal VNout is output to the subsequent stage as a target value.

(実施形態の効果)
次に、本実施形態効果について説明する。
図10は、本実施形態の、ステップ応答であるアナログ差動出力信号VPout−VNout(同時に出力されるアナログ差動出力信号VPout、VNoutの差分)の変化を説明するための図であって、縦軸にアナログ差動出力信号VPout−VNout、横軸に時間を示している。縦軸に示したアナログ差動出力信号VPout−VNoutは、図3に示したステージに単位ステップを入力した場合の出力波形をプロットしたものである。アナログ差動出力信号VPout−VNoutに表れる最終目標値を1に規格化し、アナログ差動入力信号VPin−VNinに目標値が1.0となるステップ入力を入力したものとする。この規格化においてVPout=VNoutの場合はその目標値が0.5となるステップ入力を入力したものとする。
(Effect of embodiment)
Next, the effect of this embodiment will be described.
FIG. 10 is a diagram for explaining a change in the analog differential output signal VPout−VNout (difference between the analog differential output signals VPout and VNout output at the same time) as a step response according to the present embodiment. The axis indicates the analog differential output signal VPout−VNout, and the horizontal axis indicates time. The analog differential output signal VPout-VNout shown on the vertical axis is a plot of the output waveform when a unit step is input to the stage shown in FIG. It is assumed that the final target value appearing in the analog differential output signal VPout−VNout is normalized to 1, and a step input with a target value of 1.0 is input to the analog differential input signal VPin−VNin. In this normalization, when VPout = VNout, a step input whose target value is 0.5 is input.

図10(a)は、本実施形態においてアナログ差動出力信号VPout−VNoutに表れるステップ応答を表す。図中の時刻t3は前記したようにホールドフェイズの開始時刻を表し、時刻t6は図3中のSW304qがオフする時刻を表す。
図10(b)は、本実施形態と対比するための構成のステップ応答を表す。なお、本実施形態と対比するための構成とは、図3に示したステージからスイッチSW304qを除いた構成をいうものとする。
FIG. 10A shows a step response appearing in the analog differential output signal VPout−VNout in the present embodiment. The time t3 in the figure represents the start time of the hold phase as described above, and the time t6 represents the time when the SW 304q in FIG. 3 is turned off.
FIG. 10B shows a step response of a configuration for comparison with the present embodiment. The configuration for comparison with the present embodiment refers to a configuration in which the switch SW304q is removed from the stage shown in FIG.

図10(b)によれば、図3に示したA/D変換器301による演算の結果、ホールドフェイズに入ってから多値出力回路におけるスイッチの切替によるステップ応答がアナログ差動出力信号VPout、VNoutに表れる。このため、図3に示したノードMX、あるいはノードMYからアナログ差動出力信号VPout、VNoutへの伝達関数のステップ応答と、アナログ差動入力信号VPin、VNinからアナログ差動出力信号VPout、VNoutへの伝達関数のステップ応答とがホールド動作後に重畳する。したがって、ホールド動作後のステップ応答が大きくなり、このステップ応答が収束するまでの時間、つまりセトリングが遅くなっている。   According to FIG. 10B, as a result of the calculation by the A / D converter 301 shown in FIG. 3, the step response due to switching of the switches in the multi-value output circuit after entering the hold phase is the analog differential output signal VPout, Appears in VNout. Therefore, the step response of the transfer function from the node MX or the node MY shown in FIG. 3 to the analog differential output signals VPout and VNout, and the analog differential input signals VPin and VNin to the analog differential output signals VPout and VNout. The step response of the transfer function is superimposed after the hold operation. Therefore, the step response after the hold operation is increased, and the time until the step response converges, that is, settling is delayed.

一方、本実施形態では、(a)のように、時刻t5から時刻t6の間、図3に示したSW304qがオンしているので、目標値とは関係なくアナログ差動入力信号VPin−VNinがVPout=VNoutの目標値、すなわち0.5に収束する。そのため、図3に示した増幅器305により決まるスルーレートのみには依存せず、増幅器305により決まるスルーレートとSW304qのオン抵抗に依存するスルーレートとの和で目標値0.5に収束する。したがって、本実施形態は、前増幅器305の消費電力を増大させることなく大幅にスルーレートを向上させることができる。   On the other hand, in the present embodiment, as shown in (a), since SW 304q shown in FIG. 3 is on from time t5 to time t6, the analog differential input signal VPin−VNin is not related to the target value. It converges to the target value of VPout = VNout, that is, 0.5. Therefore, it does not depend only on the slew rate determined by the amplifier 305 shown in FIG. 3, but converges to the target value 0.5 by the sum of the slew rate determined by the amplifier 305 and the slew rate depending on the ON resistance of the SW 304q. Therefore, this embodiment can significantly improve the slew rate without increasing the power consumption of the preamplifier 305.

また、時刻t6以降は図3に示したSW304qがオフするため、従来技術と同様に、伝達関数に初期値0.5、目標値1.0のステップ入力を入力した場合に得られるステップ応答が、アナログ差動出力信号VPout−VNoutに表れる。時刻t6において初期値が既に0.5に収束しているため、アナログ差動出力信号VPout−VNoutに表れるステップ応答のオーバーシュートが抑制され、セトリング精度が向上する。   Since the SW 304q shown in FIG. 3 is turned off after time t6, the step response obtained when the step input of the initial value 0.5 and the target value 1.0 is input to the transfer function as in the prior art. Appearing in the analog differential output signal VPout−VNout. Since the initial value has already converged to 0.5 at time t6, the overshoot of the step response appearing in the analog differential output signal VPout−VNout is suppressed, and the settling accuracy is improved.

以上説明した本実施形態によれば、ノンオーバーラップフェイズであって、かつ、ホールドフェイズの開始後数nsの間にHとなる制御信号φ3によりSW304qがオンされる。このため、ホールドフェイズの開始後数nsの間にアナログ差動出力信号VPoutとアナログ差動出力信号VNoutとが短絡されることにより、セトリングが最も厳しくなる条件にあっても、ホールドフェイズの開始後数nsの間はそのステップ応答のスルーレートが大幅に向上する。そのため、消費電力を増大させることなく、高精度動作のパイプライン型A/Dコンバータを提供することができる。   According to the present embodiment described above, the SW 304q is turned on by the control signal φ3 that is in the non-overlap phase and becomes H for several ns after the start of the hold phase. For this reason, the analog differential output signal VPout and the analog differential output signal VNout are short-circuited within a few ns after the start of the hold phase. During several ns, the slew rate of the step response is greatly improved. Therefore, it is possible to provide a pipelined A / D converter that operates with high accuracy without increasing power consumption.

本発明の一実施形態のパイプライン型A/Dコンバータのブロック図である。It is a block diagram of the pipeline type A / D converter of one embodiment of the present invention. 図1に示したデジタル出力信号Doutを算出する演算を例示するための図である。FIG. 2 is a diagram for illustrating an operation for calculating a digital output signal Dout illustrated in FIG. 1. 発明の一実施形態のパイプライン型A/Dコンバータのステージを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the stage of the pipeline type A / D converter of one Embodiment of invention. 図3に示したA/D変換器を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the A / D converter shown in FIG. 発明の一実施形態のサンプルトリガーφ3及びクロックφ1、φ2の出力を説明するためのタイミングチャートである。It is a timing chart for demonstrating the output of sample trigger (phi) 3 and clock (phi) 1, (phi) 2 of one Embodiment of invention. 本発明の一実施形態のサンプルフェイズにおけるステージの状態を表した図である。It is a figure showing the state of the stage in the sample phase of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態のノンオーバーラップフェイズにおけるステージの状態を表した図である。It is a figure showing the state of the stage in the non-overlap phase of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態のホールドフェイズ開始直後におけるステージの状態を表した図である。It is a figure showing the state of the stage immediately after the start of the hold phase of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態のホールドフェイズにおけるステージの状態を表した図である。It is a figure showing the state of the stage in the hold phase of one Embodiment of this invention. ステップ応答であるアナログ差動出力信号VPout−VNoutの変化を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the change of the analog differential output signal VPout-VNout which is a step response. 本発明の一実施形態のパイプライン型A/Dコンバータの従来技術にあたる発明を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the invention equivalent to the prior art of the pipeline type A / D converter of one Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

101 サンプルホールド回路
103 メモリ
104 演算回路
301 A/D変換器
302 制御回路
303,308 サミングノード
304a,304b,304c,304d,304e,304f,304g,304h,304i,304j,304k,304l,304m,304n,304o,304p スイッチ
305 増幅器
306,309 多値出力回路
307a,307,b307c,307d サンプルキャップ
310,311 端子
401,402 判定回路
101 Sample hold circuit 103 Memory 104 Arithmetic circuit 301 A / D converter 302 Control circuit 303, 308 Summing nodes 304a, 304b, 304c, 304d, 304e, 304f, 304g, 304h, 304i, 304j, 304k, 304l, 304m, 304n , 304o, 304p switch 305 amplifier 306, 309 multi-value output circuit 307a, 307, b 307c, 307d sample cap 310, 311 terminal 401, 402 determination circuit

Claims (2)

アナログ第1入力信号と、当該アナログ第1入力信号と差動信号対をなすアナログ第2入力信号とをデジタル信号に変換すると共に、当該デジタル信号と前記アナログ第1入力信号と前記アナログ第2入力信号とによって生成されたアナログ第1差動出力信号とアナログ第2差動出力信号とを後段の他のステージに出力するステージを複数備えたパイプライン型A/Dコンバータであって、
前記ステージは、
前記アナログ第1入力信号及び前記アナログ第2入力信号を別個にサンプリングするサンプリング回路と、
前記サンプリング回路のサンプリング動作タイミングを決定するサンプルタイミング切替スイッチと、
前記サンプリング回路においてサンプリングされた前記アナログ第1入力信号の値及び前記アナログ第2入力信号の値を、それぞれ前記デジタル信号の値に応じて調整するサンプリング値調整回路と、
前記サンプリング値調整回路によって調整された前記アナログ第1入力信号及び前記アナログ第2入力信号をホールドするホールド手段と、
前記ホールド手段によってホールドされた前記アナログ第1入力信号及び前記アナログ第2入力信号を、前記アナログ第1差動出力信号、前記アナログ第2差動出力信号として後段の他のステージに出力する転送スイッチと、
前記転送スイッチによる転送に先立って、前記アナログ第1差動出力信号が出力される端子と前記アナログ第2差動出力信号が出力される端子とを短絡し、前記アナログ第1差動出力信号と前記アナログ第2差動出力信号とをイコライズするイコライザスイッチと、
を備え
前記ホールド手段が増幅器であって、
前記イコライザスイッチは、前記アナログ第1差動出力信号と前記アナログ第2差動出力信号とがイコライズされる期間に前記増幅器の出力端子間を短絡し、
前記イコライザスイッチによるイコライズは、前記増幅器によるホールドの開始後であって、開始されたホールドが終了する前に終了されることを特徴とするパイプライン型A/Dコンバータ。
The analog first input signal and the analog second input signal that forms a differential signal pair with the analog first input signal are converted into a digital signal, and the digital signal, the analog first input signal, and the analog second input are converted. A pipeline type A / D converter comprising a plurality of stages for outputting an analog first differential output signal and an analog second differential output signal generated by a signal to another stage after the signal,
The stage is
A sampling circuit for separately sampling the analog first input signal and the analog second input signal;
A sample timing changeover switch for determining a sampling operation timing of the sampling circuit;
A sampling value adjusting circuit for adjusting the value of the analog first input signal and the value of the analog second input signal sampled in the sampling circuit, respectively, according to the value of the digital signal;
Holding means for holding the analog first input signal and the analog second input signal adjusted by the sampling value adjustment circuit;
A transfer switch for outputting the analog first input signal and the analog second input signal held by the hold means to the other stage as the analog first differential output signal and the analog second differential output signal. When,
Prior to transfer by the transfer switch, a terminal from which the analog first differential output signal is output and a terminal from which the analog second differential output signal is output are short-circuited, and the analog first differential output signal is An equalizer switch for equalizing the analog second differential output signal;
Equipped with a,
The holding means is an amplifier;
The equalizer switch short-circuits between the output terminals of the amplifier during a period in which the analog first differential output signal and the analog second differential output signal are equalized.
The pipeline type A / D converter is characterized in that the equalization by the equalizer switch is ended after the start of the hold by the amplifier and before the end of the started hold .
前記イコライザスイッチによるイコライズは、前記サンプリング回路によるサンプリング期間の終了後、前記増幅器によるホールドの期間が開始する前に開始されることを特徴とする請求項に記載のパイプライン型A/Dコンバータ。 The equalization by the equalizer switch, after the end of the sampling period by the sampling circuit, a pipeline type A / D converter according to claim 1, characterized in that it is initiated before the period of holding by the amplifier is started.
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