JP5186981B2 - パイプライン型a/d変換器 - Google Patents
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Description
ジ)を複数段縦列接続し、各ステージで得られたデジタル値を演算して最終デジタル値を
得るものが知られている(例えば特許文献1参照)。
各ステージは、入力アナログ信号をサブA/D変換器で量子化してデジタル信号に変換
し、このデジタル信号をサブD/A変換器によりD/A変換する。そして、入力アナログ
信号とサブD/A変換器で得られたアナログ信号の減算処理を行い、得られた信号を演算
増幅器で増幅して、次のステージに出力する。
、およびB信号)のA/D変換に使用される。この場合には、カラーセンサからのR信号
、G信号、およびB信号がマルチプレクサで切り換えられてパイプライン型A/D変換器
に入力され、R信号、G信号、およびB信号はそれぞれA/D変換される。そして、この
A/D変換されたデジタルデータに基づいて表示装置に画像表示される。
しかし、表示装置に画像表示された場合に、その表示画像上にゴーストが表れるという
場合があり、この解決が望まれる。
表示画像上に表れるゴーストなどの画像劣化を解決することができるパイプライン型A/
D変換器を提供することにある。
なる。
第1の発明は、縦続接続された第1〜第Nのステージと、前記第1〜第Nのステージか
らの出力デジタル信号が入力され、最終的なデジタル信号を出力するデジタル補正回路と
、を備えたパイプライン型A/D変換器であって、前記第1〜第Nのステージのうちの第
M(1≦M<N)のステージと第M+1のステージとは時分割で使用する全差動型の演算
増幅器を共有するとともに、前記演算増幅器はリセット回路を含み、前記第Mのステージ
は、正の入力信号および負の入力信号についてそれぞれ量子化してデジタル信号にそれぞ
れ変換するとともに、当該の各デジタル信号を第1および第2のアナログ信号にそれぞれ
変換して出力する第1の変換器と、第1のサンプルホールド回路を含み、前記第1のサン
プルホールド回路のホールド動作時に、前記演算増幅器を使用して、前記正の入力信号と
前記第1のアナログ信号との差分増幅を行うとともに、前記負の入力信号と前記第2のア
ナログ信号との差分増幅を行う第1の差分増幅回路と、を備え、かつ、前記第M+1のス
テージは、前記演算増幅器からの正の出力信号および負の出力信号についてそれぞれ量子
化してデジタル信号にそれぞれ変換するとともに、当該の各デジタル信号を第3および第
4のアナログ信号にそれぞれ変換して出力する第2の変換器と、第2のサンプルホールド
回路を含み、前記第2のサンプルホールド回路のホールド動作時に、前記演算増幅器を使
用して、前記正の出力信号と前記第3のアナログ信号との差分増幅を行うとともに、前記
負の出力信号と前記第4のアナログ信号との差分増幅を行う第2の差分増幅回路と、を備
え、前記第1の差分増幅回路は、自己の差分増幅回路に含まれる寄生容量に基づいて前記
第2の差分増幅回路が差分増幅する際に生ずる誤差を補正する補正回路を含む。
路のサンプリング動作時であって前記第2の差分増幅回路の前記演算増幅器の使用時にお
いて前記寄生容量によって発生する誤差電圧を打ち消す補正用キャパシタを含む。
第3の発明は、第1または第2の発明において、前記第1のサンプルホールド回路は、
前記演算増幅器の反転入力端子と第1のスイッチを介して接続される第3のサンプルホー
ルド回路と、前記演算増幅器の非反転入力端子と第2のスイッチを介して接続される第4
のサンプルホールド回路と、を備え、前記寄生容量は、前記第1のスイッチに並列に形成
される第1の寄生容量と前記第2のスイッチに並列に形成される第2の寄生容量とであり
、前記補正回路は、前記第2のスイッチの前記第4のサンプルホールド回路側の端子と前
記第1のスイッチの前記演算増幅器の反転入力端子側の端子との間に接続される第1の補
正用キャパシタと、前記第1のスイッチの前記第3のサンプルホールド回路側の端子と前
記第2のスイッチの前記演算増幅器の非反転入力端子との間に接続される第2の補正用キ
ャパシタと、を備える。
らの出力デジタル信号が入力され、最終的なデジタル信号を出力するデジタル補正回路と
、を備えたパイプライン型A/D変換器であって、前記第1〜第Nのステージのうちの第
M(1≦M<N)のステージと第M+1のステージとは時分割で使用する全差動型の演算
増幅器を共有するとともに、前記演算増幅器はリセット回路を含み、前記第Mのステージ
は、正の入力信号および負の入力信号についてそれぞれ量子化してデジタル信号にそれぞ
れ変換するとともに、当該の各デジタル信号を第1および第2のアナログ信号にそれぞれ
変換して出力する第1の変換器と、第1のサンプルホールド回路を含み、前記第1のサン
プルホールド回路のホールド動作時に、前記演算増幅器を使用して、前記正の入力信号と
前記第1のアナログ信号との差分増幅を行うとともに、前記負の入力信号と前記第2のア
ナログ信号との差分増幅を行う第1の差分増幅回路と、を備え、かつ、前記第M+1のス
テージは、前記演算増幅器からの正の出力信号および負の出力信号についてそれぞれ量子
化してデジタル信号にそれぞれ変換するとともに、当該の各デジタル信号を第3および第
4のアナログ信号にそれぞれ変換して出力する第2の変換器と、第2のサンプルホールド
回路を含み、前記第2のサンプルホールド回路のホールド動作時に、前記演算増幅器を使
用して、前記正の出力信号と前記第3のアナログ信号との差分増幅を行うとともに、前記
負の出力信号と前記第4のアナログ信号との差分増幅を行う第2の差分増幅回路と、を備
え、前記第1の差分増幅回路は、自己の差分増幅回路に含まれる寄生容量に基づいて前記
第1のサンプルホールド回路が動作する際に生ずる誤差を補正する補正回路を含む。
路の動作時に前記寄生容量によって発生する誤差電圧を打ち消す補正用キャパシタを含む
。
第6の発明は、第4または第5の発明において、前記第1のサンプルホールド回路は、
前記演算増幅器の反転入力端子と第1のスイッチを介して接続される第3のサンプルホー
ルド回路と、前記演算増幅器の非反転入力端子と第2のスイッチを介して接続される第4
のサンプルホールド回路と、を備え、前記第2のサンプルホールド回路は、前記演算増幅
器の反転入力端子と第3のスイッチを介して接続される第5のサンプルホールド回路と、
前記演算増幅器の非反転入力端子と第4のスイッチを介して接続される第6のサンプルホ
ールド回路と、を備え、前記寄生容量は、前記第3のサンプルホールド回路に含まれる第
1のキャパシタの入力端と前記第5のサンプルホールド回路の出力端との間に形成される
第1の寄生容量と、前記第4のサンプルホールド回路に含まれる第2のキャパシタの入力
端と前記第6のサンプルホールド回路の出力端との間に形成される第2の寄生容量とであ
り、前記補正回路は、前記第1のキャパシタの入力端と前記第6のサンプルホールド回路
の出力端との間に接続される第1の補正用キャパシタと、前記第2のキャパシタの入力端
と前記第5のサンプルホールド回路の出力端との間に接続される第2の補正用キャパシタ
と、を備える。
ルチプレクサで選択的に入力し、それらそれぞれA/D変換して多チャネル化する場合に
、チャネル間の相互干渉(クロストーク)をなくして、高精度のA/D変換ができる。
また、本発明によれば、例えば単一のチャネルの場合にも、信号の変化に忠実に追従す
るA/D変換器を実現できる。
(第1実施形態)
図1は、本発明のパイプライン型A/D変換器に係る第1実施形態の全体構成を示すブ
ロック図である。
この第1実施形態に係るパイプラインA/D変換器は、図1に示すように、縦続接続さ
れた複数段の第1〜第Nのステージ1−1、1−2、1−3、1−4・・・1−Nを備え
ている。また、第1〜第Nのステージ1−1〜1−Nからの出力デジタル信号DQ1〜D
QNが入力され、最終的なデジタル信号DQを出力するデジタル補正回路(誤差補正回路
)2を備えている。
る1.5ビットのデジタル信号DQ1〜DQN−1を出力する。また、最終のステージ1
−Nは、2ビットのデジタル信号DQNを出力する。デジタル補正回路2は、ステージ1
−1〜1−Nからの1.5ビット又は2ビットのデジタル信号DQ1〜DQNの値を重み
付けして加算し、最終のデジタル信号DQを出力する。
1−1(広義には第Mのステージ(1≦M<N))および第2のステージ1−2(広義に
は第M+1のステージ)を図2のように構成した。
すなわち、第1のステージ1−1は、図2に示すように、サブA/D変換器12と、サ
ブD/A変換器14と、サンプルホールド回路16と、減算器18と、を備えている。
また、第2のステージ1−2は、図2に示すように、サブA/D変換器22と、サブD
/A変換器24と、サンプルホールド回路26と、減算器28と、を備えている。
さらに、この第1実施形態では、図2に示すように、第1のステージ1−1と第2のス
テージ1−2で時分割で使用する演算増幅器30を共用するようにし、共用のためにリセ
ット回路31、32およびスイッチSW15、SW25を設けた。
サブA/D変換器12は、入力信号VINをA/D変換し、1.5ビットのデジタル信
号を出力する。サブD/A変換器14は、サブA/D変換器12の出力デジタル信号をア
ナログ信号に変換する。サンプルホールド回路16は、入力アナログ信号VINのサンプ
リングとホールドの動作を行う。減算器18は、サンプルホールド回路16からの出力ア
ナログ信号とサブD/A変換器14からの出力アナログ信号との減算処理を行う。
D変換し、1.5ビットのデジタル信号を出力する。サブD/A変換器24は、サブA/
D変換器22の出力デジタル信号をアナログ信号に変換する。サンプルホールド回路26
は、第1ステージが差分出力時の増幅器30の出力VINのサンプリングとホールドの動
作を行う。減算器28は、サンプルホールド回路26からの出力アナログ信号とサブD/
A変換器24からの出力アナログ信号との減算処理を行う。
テージ1−2とで、演算増幅器30(残渣増幅器)が共用される。すなわち、サンプルホ
ールド回路16(26)でホールドしたアナログ信号からサブD/A変換器14(24)
の出力アナログ信号を減算した信号を増幅する演算増幅器30が、第1および第2のステ
ージ1−1、1−2で時分割に使用される。
具体的には、サンプルホールド回路16(減算器18)の出力端子と演算増幅器30の
入力端子の間にはスイッチSW15が設けられる。また、サンプルホールド回路26(減
算器28)の出力端子と演算増幅器30の入力端子の間にはスイッチSW25が設けられ
る。
、第1のステージ1−1によって使用され、減算処理後のアナログ信号を増幅(ゲインG
=2)する。一方、スイッチSW25がオンかつスイッチSW15がオフになると、演算増幅
器30は、第2のステージ1−2によって使用され、減算処理後のアナログ信号を増幅(
ゲインG=2)する。
なお、第1実施形態では、全ての隣り合うステージ間において演算増幅器30を共用す
る必要は必ずしもなく、一部の隣り合うステージ間のみで演算増幅器30を共用するよう
にしてもよい。
て、例えば第1のステージ1−1がサンプリング期間である場合にも、第2のステージ1
−2はホールド期間(演算期間)になるため、第2のステージ1−2のために演算増幅器
30は動作する必要がある。また、第2のステージ1−2がサンプリング期間である場合
にも、第1のステージ1−1はホールド期間(演算期間)になるため、第1のステージ1
−1のために演算増幅器30は動作する必要がある。
そこで、第1実施形態では、図2に示すようなリセット回路31、32が設けられ、所
定のタイミングで演算増幅器30がリセット状態になる。
替わり、第2のステージ1−2がホールド期間からサンプリング期間に切り替わるタイミ
ングや、第1のステージ1−1がホールド期間からサンプリング期間に切り替わり、第2
のステージ1−2がサンプリング期間からホールド期間に切り替わるタイミングにおいて
、リセット信号RESがアクティブになる。これにより、演算増幅器30の入力端子、出
力端子がアナロググランドAGの電圧レベル(0V)に設定されて、演算増幅器30がリ
セットされる。
、演算増幅器30による演算開始前(ホールド開始前)に、演算増幅器30がリセット状
態になる。従って、入力が正常値に戻った後は、次段のステージ以降にオーバフロー状態
が伝搬しないようになるため、パイプラインA/D変換器の出力値も直ぐに正常値に復帰
する。この結果、大きな変換誤差が生じる期間を短くできる。
本発明に係る第1実施形態は、図2の演算増幅器30を図3のように差動入力の全差動
型の演算増幅器70で構成し、カラー画像のRGBの各アナログ信号をマルチプレクサを
用いてそれぞれA/D変換して多チャネル化する場合に、RGBの各アナログ信号が精度
良くA/D変換されず、表示画像にゴーストが現れて画像が劣化する場合があるという点
に着目したものである。
差動増幅器70の入力端子との間に設けたスイッチSW15−1、SW25−1に並列に
形成されあるいは存在する寄生容量CP1、CP1’であることを見出した。
そこで、図3の回路では、第1ステージ1−1のサンプリング動作時に寄生容量CP1
、CP1’に充電される電荷によって発生する誤差電圧を打ち消す補正回路80を設け、
寄生容量CP1、CP1’に起因する第2ステージ1−2が演算増幅器70を用いて差分
増幅する際に生ずる誤差を補正するようにした。
図3の回路では、図2の演算増幅器30を差動入力の全差動型の演算増幅器70で構成
するので、図2の第1ステージ1−1におけるサブA/D変換器12、サブD/A変換器
14、サンプルホールド回路16、およびスイッチSW15は、それぞれ同様な2つの構
成要素が必要となる。
すなわち、図3に示すように、第1ステージ1−1は、2つのサンプルホールド回路1
6−1、16−2、2つのスイッチ15−1、15−2、および補正回路80などを含ん
でいる。図3では、2つのサブA/D変換器および2つのサブD/A変換器は省略されて
いる。図2のリセット回路31としては、スイッチSW73、SW74を備えている。
算増幅器70が差分増幅回路を構成する。
また、図3の回路では、図2の第2ステージ1−2におけるサブA/D変換器22、サ
ブD/A変換器24、サンプルホールド回路26、およびスイッチSW25は、それぞれ
同様な2つの構成要素が必要となる。
すなわち、図3に示すように、第2ステージ1−2は、2つのサンプルホールド回路2
6−1、26−2、2つのスイッチ25−1、25−2などを含んでいる。図3では、2
つのサブA/D変換器および2つのサブD/A変換器は省略されている。図2のリセット
回 32としては、スイッチSW72を備えている。
ここで、サンプルホールド回路26−1、26−2、スイッチ25−1、25−2、演
算増幅器70が差分増幅回路を構成する。
サンプルホールド回路16−1は、演算増幅器70の反転入力端子(−)側に配置され
ている。また、サンプルホールド回路16−2は、演算増幅器70の非反転入力端子(+
)側に配置されている。サンプルホールド回路16−1は、図3に示すように、スイッチ
ング素子などからなるスイッチSW51〜SW55、およびキャパシタC11、C12な
どからなる。また、サンプルホールド回路16−2は、同様にスイッチング素子などから
なるスイッチSW61〜SW65、およびキャパシタC13、C14などからなる。
−、VDAC+は、サンプルホールド回路16−1,16−2に供給される入力信号VI
N+とVIN−の差電圧を図2のサブA/D変換器12に相当するサブA/D変換器(図
示せず)でA/D変換してデジタル信号を取得し、その取得したデジタル信号を図2のサ
ブD/A変換器14に相当するサブD/A変換器(図示せず)でD/A変換して得られる
差動電圧である。
に配置されている。サンプルホールド回路26−2は、演算増幅器70の非反転入力端子
(+)側に配置されている。サンプルホールド回路26−1は、図3に示すように、スイ
ッチング素子などからなるスイッチSW81〜SW83、およびキャパシタC21、C2
2などからなる。サンプルホールド回路26−2は、同様に、スイッチング素子などから
なるスイッチSW91〜SW93、およびキャパシタC23、C24などからなる。
−、VDAC+は、差動増幅器70の出力電圧VQ+とVQ−の差電圧を図2のサブA/
D変換器22に相当するサブA/D変換器(図示せず)でA/D変換してデジタル信号を
取得し、その取得したデジタル信号を図2のサブD/A変換器24に相当するサブD/A
変換器(図示せず)でD/A変換して得られる差動電圧である。
補正回路80は、図3に示すように、寄生容量CP1の充電電荷によって発生する誤差
電圧を打ち消す補正用キャパシタCP1t’と、寄生容量CP1’の充電電荷によって発
生する誤差電圧を打ち消す補正用キャパシタCP1tとを備えている。
補正用キャパシタCP1tの一端側は、スイッチSW15−1のサンプルホールド回路
16−1側の端子に接続されている。補正用キャパシタCP1tの他端側は、スイッチS
W15−2の差動増幅器70の非反転入力端子側の端子に接続されている。
ルド回路16−2側の端子に接続されている。補正用キャパシタCP1t’の他端側は、
スイッチSW15−1の差動増幅器70の反転入力端子側の端子に接続されている。
ここで、補正用キャパシタCP1t、CP1t’の容量値は、寄生容量CP1、CP1
’の容量値をCP1、CP1’とすると、CP1t=CP1’、CP1t’=CP1の関
係を満たすものとする。
なお、補正用キャパシタCP1t、CP1t’は、上記の要件を満たせば、特に設ける
必要はなく、配線間の容量を使用することができる。また、配線間の容量だけでは上記の
要件を満たさない場合には、不足分の容量値のキャパタを追加することで補うようにすれ
ば良い。
明する。
図3の回路では、第1の期間には、スイッチSW15−1、SW15−2がオフになる
とともにスイッチSW25−1、SW25−2がオンになり、第1のステージ1−1がサ
ンプリング動作を行い、第2のステージ1−2がホールド動作を行い、そのときの各部の
スイッチの状態は図3に示すようになる。
第1の期間の終了後のリセット期間には、スイッチSW15−1、SW15−2、SW
25−1、SW25−2がいずれもオフになり、そのときの各部のスイッチの状態は図4
に示すようになる。
2がオンになるとともにスイッチSW25−1、SW25−2がオフになり、第1のステ
ージ1−1がホールド動作を行い、第2のステージ1−2がサンプリング動作を行い、そ
のときの各部のスイッチの状態は図5に示すようになる。
さらに詳述すると、第1の期間には、サンプルホールド回路16−1は、スイッチSW
51〜SW53がオンになり、スイッチSW54、SW55がオフになる。サンプルホー
ルド回路16−2は、スイッチSW61〜SW63がオンになり、スイッチSW64、S
W65がオフになる。リセット回路31、32であるスイッチSW72〜SW74はオフとな
る。一方、サンプルホールド回路26−1は、スイッチSW83がオンになり、スイッチ
SW81、SW82がオフになる。サンプルホールド回路26−2は、スイッチSW93
がオンになり、スイッチSW91、SW92がオフになる。リセット回路31、32であ
るスイッチSW72〜SW74はオフとなる。
逆相アナログ信号)VIN−のサンプリング動作を行い、サンプルホールド回路16−2
は正の入力アナログ信号(正相アナログ信号)VIN+のサンプリング動作を行う。また
、サンプルホールド回路26−1、26−2と演算増幅器70とは減算、増幅などの演算
処理を行ない、電圧のホールド動作を行う。
次にリセット期間では、各部の状態は図4に示すようになり、リセット回路31、32
であるスイッチSW72〜SW74がオンなり、その他のスイッチはいずれもオフとなる
。
55がオンになり、スイッチSW51〜SW53がオフになる。サンプルホールド回路1
6−2は、スイッチSW64、SW65がオンになり、スイッチSW61〜SW63がオ
フになる。リセット回路31、32であるスイッチSW72〜SW74はオフとなる。
一方、サンプルホールド回路26−1は、スイッチSW81、SW82がオンになり、
スイッチSW83がオフになる。サンプルホールド回路26−2は、スイッチSW91、
SW92がオンになり、スイッチSW93がオフになる。リセット回路31、32である
スイッチSW72〜SW74はオフとなる。
0とは、減算、増幅などの演算処理を行ない、電圧のホールド動作を行う。サンプルホー
ルド回路26−1、26−2は、演算増幅器70からの正負の出力信号VQのサンプリン
グ動作をそれぞれ行う。このときには、寄生容量CP1の両端はスイッチSW15−1に
よって短絡され、寄生容量CP1’の両端はスイッチSW15−2によって短絡されるの
で、第2の期間では寄生容量CP1、CP1’が充電されることはない。
次にリセット期間では、各部の状態は再び図4に示すようになり、リセット回路31、
32であるスイッチSW72〜SW74がオンなり、その他のスイッチはいずれもオフと
なる。
幅器70の出力が飽和せずに正常に動作している場合は、その負帰還動作によって、その
反転入力端子(−)および非反転入力端子(+)の電圧は共にアナロググランド電位VCM
とほぼ同じ電圧で安定している。しかし、演算増幅器70の出力電圧が飽和するほどの過
大な入力電圧が印加されると、その安定した負帰還動作状態が崩れ前記反転入力端子(−
)および非反転入力端子(+)の電圧はもはやアナロググランド電位VCMに留まっている
ことはできず、大きく乖離した電圧に向かって遷移する。
)に正の過大電圧が印加され、反転入力端子(−)に負の過大電圧が印加された場合は、
演算増幅器70の出力端子VQ+は正側に飽和し、出力端子VQ−は負側に飽和する。その結
果、前記反転入力端子(−)の電圧はアナロググランド電位(VCM)から上昇し、非反転入
力端子(+)の電圧は下降する。
パシタC11〜C14でサンプリングし、演算増幅器70はステージ1−2の差分増幅を
しており飽和はしていなものとする。次に図4に示されたリセット状態の期間を経た後に
図5の状態となり、この時演算増幅器70の出力が前記過大入力に起因して飽和状態とな
る。この飽和出力はステージ1−2のキャパシタC21〜C24によってサンプリングさ
れた後、図4に示されたリセット状態を経て再度図3の状態に戻る。この時、演算増幅器
70の出力はキャパシタC21〜C24に充電された飽和電圧によって飽和する。次に再
度図4に示されたリセット状態に遷移するが、この遷移時に寄生容量CP1およびCP1’を
通じて入力電圧のサンプリングを終えたキャパシタC11〜C14に電荷が注入されて誤差
電圧が発生する。
べる。前記に説明した図3の状態、即ち、演算増幅器70の出力が飽和し、ステージ1−
1のC11からC14が次の入力電圧VINをサンプリングしている状態において、演算
増幅器70の反転入力端子(−)は正側にシフトし非反転入力端子(+)は負側にシフト
している。続くリセット期間に入ると、図4に示された通りリセット用スイッチSW72
〜SW74がオンとなり、他全てのスイッチはオフとなる。アナロググランド電位VCM
を基準に正に充電された寄生容量CP1と負に充電されたCP1’はこのリセット期間に
SW73とSW74を介してアナロググランド電位VCMに接続される。この時、SW5
3とSW63は共にオフであるから、C11とC12には負電荷がCP1から注入される
ことになり、同様にC13とC14にはCP1’から正電荷が注入されることになる。こ
れらの注入電荷はC11〜C14各キャパシタの端子間電圧を変化させることになり、結
果としてサンプリングされた電圧に誤差を発生させる。入力信号が画像信号である場合は
、これがゴーストの原因となる。
している場合において、R信号が過大信号でその他GおよびB信号が正常であった場合で
も、R信号の影響が次に変換するGまたはB信号の変換結果に影響を与えてゴーストとな
る。また、マルチプレクサを用いない場合でも、画像信号の明暗の境目で変換結果に誤差
が生じる。
そこで本発明は、寄生容量CP1およびCP1’によって発生する誤差電圧を補正用キ
ャパシタCP1tおよびCP1t’を追加することによって打ち消し、画像信号をA/D
変換した場合でもゴースト等の誤差をなくしたかあるいは大幅に低減したA/D変換器を
実現するものである。
いて、前述の通りCP1はC11およびC12の電圧を変化させるが、CP1tはC13
およびC14の電圧を同様に変化させる。ここで、C11+C12=C13+C14、か
つCP1=CP1tであるので、C11とC12の共通接続点の電圧変化量とC13とC
14の共通接続点の電圧変化量は変化方向(極性)も含めて等しい。入力電圧はVIN+
端子とVIN−端子の差電圧、即ち、C11とC12に充電された電圧とC13とC14
に充電された電圧との差として扱われるので、CP1t=CP1とすればCP1によるサ
ンプリング電圧に加算された誤差電圧をCP1tによって打ち消すことができる。
を打ち消すことができる。
以上説明したように、第1実施形態によれば、第1ステージ1−1のサンプリング動作
時に寄生容量CP1、CP1’の充電電荷によって発生する誤差電圧を打ち消すための補
正回路80を設け、補正回路80によって寄生容量CP1、CP1’に基づいて第2ステ
ージ1−2が演算増幅器70を用いて差分増幅する際に生ずる誤差を補正するようにした
。
チプレクサを用いて選択的に入力し、それらそれぞれA/D変換して多チャネル化する場
合に、チャネル間の相互干渉(ゴーストやクロストーク)をなくして、高精度のA/D変
換を実現できる。
また、第1実施形態によれば、例えば単一のチャネルの場合にも、信号の変化に忠実に
追従するA/D変換器を実現できる。
次に、本発明の第2実施形態について図6を参照して説明する。
この第2実施形態は、図2の演算増幅器30を図6のように差動入力の全差動型の演算
増幅器70で構成し、カラー画像のRGBの各アナログ信号をマルチプレクサを用いてそ
れぞれA/D変換して多チャネル化する場合に、RGBの各アナログ信号が精度良くA/
D変換されず、表示画像にゴーストが表れて画像が劣化する場合があるという点に着目し
たものである。
ャパシタC11の一端と第2ステージ1−2のサンプルホールド回路26−1の出力端と
の間に形成されあるいは存在する寄生容量CP2、および第1ステージ1−1のサンプル
ホールド回路16−2を構成するキャパシタC14の一端と第2ステージ1−2のサンプ
ルホールド回路26−2の出力端との間に存在する寄生容量CP2であることを見出した
。
よって発生する誤差電圧を打ち消す補正回路90を設け、寄生容量CP2、CP2’に起
因する第1ステージ1−2のサンプルホールド回路16−1、16−2が動作する際に生
ずる誤差を補正するようにした。
この第2実施形態の構成は図6に示す通りであって、図3の構成を基本とし、図3の補
正回路80を補正回路90に置き換えたものである。したがって、図3と同一構成要素に
は同一符号を付してその説明はできるだけ省略する。
電圧を打ち消すために、2つの補正用キャパシタCP2t、CP2t’を備えている。
補正用キャパシタCP2tの一端側は、サンプルホールド回路16−2を構成するキャ
パシタC14の一端側(入力側)に接続されている。補正用キャパシタCP2tの他端側
は、サンプルホールド回路26−1の出力端に接続されている。
また、補正用キャパシタCP2t’の一端側は、サンプルホールド回路16−1を構成
するキャパシタC11の一端側(入力側)に接続されている。補正用キャパシタCP2t
’の他端側は、サンプルホールド回路26−2の出力端に接続されている。
’の容量値をCP2、CP2’とすると、CP2t=CP2’、CP2t’=CP2の関
係を満たすものとする。
なお、補正用キャパシタCP2t、CP2t’は、上記の要件を満たせば、特に設ける
必要はなく、配線間の容量を使用することができる。また、配線間の容量だけでは上記の
要件を満たさない場合には、不足分の容量値のキャパタを追加することで補うようにすれ
ば良い。
明する。
図6の回路の基本的な動作は、図3の回路の基本的な動作と同一であるので、その基本
的な動作の説明は省略し、第1の期間、リセット期間、第2の期間の補正回路90の動作
について主に説明する。
第1の期間では、各部のスイッチの状態は図6に示すようになる。このため、第1の期
間では、サンプルホールド回路16−1は負の入力アナログ信号VIN−のサンプリング
動作を行い、サンプルホールド回路16−2は正の入力アナログ信号VIN+のサンプリ
ング動作を行う。また、サンプルホールド回路26−1、26−2と演算増幅器70とは
減算、増幅などの演算処理を行ない、電圧のホールド動作を行う。
およびVIN−端子のアナログ入力電圧はアナロググランド電位VCMを基準に正負対称
に変化するものとする。ステージ1−2はホールド演算中であるが、演算増幅器70の反
転入力端子(−)に着目すると、この端子には演算用キャパシタC21,C22に加えて
アナログ入力端子VIN−に電気的に接続された寄生容量CP2が同時に接続されている
。これは、SW25−1とSW51がオン状態であることから明白である。同様に非反転
入力端子(+)にもSW25−2とSW62を通じてCP2’がアナログ入力端子VIN
+に接続されている。
がC21およびC23に注入されるのでホールド演算中の演算増幅器70の出力電圧が変
化し、誤差電圧が発生する。VQ+端子における誤差電圧をVeとすると、Ve=−(C
P2/C21)VIN−であり、VQ−端子における誤差電圧をVe’とすると、Ve’
=−(CP2’/C23)VIN+である。
通常、サンプリング期間中にアナログ入力電圧は変化するので、これらの寄生容量によ
る誤差発生を回避することは困難である。
生容量CP2およびCP2’を通じてC21およびC23に注入される電荷を相殺するた
めの補償用キャパシタCP2tおよびCP2t’を追加することにより、前記誤差電圧発
生をなくすかあるいは大幅に低減することを可能にした。
補正用キャパシタCP2tは寄生容量CP2とは逆極性の入力端子VIN+にSW62
を通じて接続される。また、同様に補正用キャパシタCP2t’は寄生容量CP2’とは
逆極性の入力端子VIN−にSW51を通じて接続される。
ここで、CP2t=CP2かつCP2t’=CP2’であるから、これらの補正用キャ
パシタによる演算増幅器70の出力電圧シフト量を、それぞれVQ+端子においてVs、
VQ−端子においてVs’とすると以下の通りとなる。
前述の通り、VIN+とVIN−は極性が異なるだけで絶対値は同じであるから、VQ
+端子の誤差電圧は打ち消されて以下の通り0となる。
Ve+Vs={(CP2t−CP2)/C21}*VIN−=0
同様に、VQ+端子の誤差電圧も打ち消されて0となる。
Ve’+Vs’={(CP2t’−CP2’)/C23}*VIN+=0
この結果、サンプルホード回路16−1、16−2は、寄生容量CP2、CP2’に起
因して誤動作することはなく、正常なホールド動作が補償される。
32であるスイッチSW72〜SW74がオンなり、その他のスイッチはいずれもオフと
なる。このため、寄生容量CP2、CP2’は、そのリセット動作などに何ら影響を与え
ることはない。
続く第2の期間においては、寄生容量CP2はSW54とSW82を通じて演算増幅器
70の出力端子VQ+とアナロググランドVCMの間に接続されるだけなので、誤差電圧
を発生させることはない。同様に、寄生容量CP2’もSW64とSW92を通じて演算
増幅器70の出力端子VQ−とアナロググランドVCMとの間に接続されるだけなので、
誤差電圧を発生させることはない。
以上説明したように、第2実施形態によれば、第1ステージ1−1の動作時に寄生容量C
P2、CP2’によって発生する誤差電圧を打ち消すための補正回路90を設け、補正回
路90によって寄生容量CP2、CP2’に基づいて第1ステージ1−1のサンプルホー
ルド回路16−1、16−2が動作する際の誤差を補正するようにした。
チプレクサを用いて選択的に入力し、それらそれぞれA/D変換して多チャネル化する場
合に、チャネル間の相互干渉(ゴーストやクロストーク)をなくして、高精度のA/D変
換を実現できる。
また、第2実施形態によれば、例えば単一のチャネルの場合にも、信号の変化に忠実に
追従するA/D変換器を実現できる。
図3の実施形態では補正回路80を設けるようにし、図6の実施形態では補正回路90
を設けるようにした。しかし、変形例として、補正回路80と補正回路90の双方の補正
回路を設けるようにすれば、2つの回路の各効果を相乗した効果が実現できる。
/D変換器、14、24・・・サブD/A変換器、15、15−1、15−2・・・スイ
ッチ素子、16、26、16−1、16−2、26−1、26−2・・・サンプルホール
ド回路、18、28・・・減算器、30・・・演算増幅器、70・・・全差動型の演算増
幅器、80、90・・・補正回路
Claims (6)
- 縦続接続された第1〜第Nのステージと、前記第1〜第Nのステージからの出力デジタ
ル信号が入力され、最終的なデジタル信号を出力するデジタル補正回路と、を備えたパイ
プライン型A/D変換器であって、
前記第1〜第Nのステージのうちの第M(1≦M<N)のステージと第M+1のステー
ジとは時分割で使用する全差動型の演算増幅器を共有するとともに、前記演算増幅器はリ
セット回路を含み、
前記第Mのステージは、
正の入力信号および負の入力信号についてそれぞれ量子化してデジタル信号にそれぞれ
変換するとともに、当該の各デジタル信号を第1および第2のアナログ信号にそれぞれ変
換して出力する第1の変換器と、
第1のサンプルホールド回路を含み、前記第1のサンプルホールド回路のホールド動作
時に、前記演算増幅器を使用して、前記正の入力信号と前記第1のアナログ信号との差分
増幅を行うとともに、前記負の入力信号と前記第2のアナログ信号との差分増幅を行う第
1の差分増幅回路と、を備え、
かつ、前記第M+1のステージは、
前記演算増幅器からの正の出力信号および負の出力信号についてそれぞれ量子化してデ
ジタル信号にそれぞれ変換するとともに、当該の各デジタル信号を第3および第4のアナ
ログ信号にそれぞれ変換して出力する第2の変換器と、
第2のサンプルホールド回路を含み、前記第2のサンプルホールド回路のホールド動作
時に、前記演算増幅器を使用して、前記正の出力信号と前記第3のアナログ信号との差分
増幅を行うとともに、前記負の出力信号と前記第4のアナログ信号との差分増幅を行う第
2の差分増幅回路と、を備え、
前記第1の差分増幅回路は、自己の差分増幅回路に含まれる寄生容量に基づいて前記第
2の差分増幅回路が差分増幅する際に生ずる誤差を補正する補正回路を含むことを特徴と
するパイプライン型A/D変換器。 - 前記補正回路は、前記第1のサンプルホールド回路のサンプリング動作時であって前記
第2の差分増幅回路の前記演算増幅器の使用時において前記寄生容量によって発生する誤
差電圧を打ち消す補正用キャパシタを含むことを特徴とする請求項1に記載のパイプライ
ン型A/D変換器。 - 前記第1のサンプルホールド回路は、
前記演算増幅器の反転入力端子と第1のスイッチを介して接続される第3のサンプルホ
ールド回路と、
前記演算増幅器の非反転入力端子と第2のスイッチを介して接続される第4のサンプル
ホールド回路と、を備え、
前記寄生容量は、前記第1のスイッチに並列に形成される第1の寄生容量と前記第2の
スイッチに並列に形成される第2の寄生容量とであり、
前記補正回路は、
前記第2のスイッチの前記第4のサンプルホールド回路側の端子と前記第1のスイッチ
の前記演算増幅器の反転入力端子側の端子との間に接続される第1の補正用キャパシタと
、
前記第1のスイッチの前記第3のサンプルホールド回路側の端子と前記第2のスイッチ
の前記演算増幅器の非反転入力端子との間に接続される第2の補正用キャパシタと、を備
えることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のパイプライン型A/D変換器。 - 縦続接続された第1〜第Nのステージと、前記第1〜第Nのステージからの出力デジタ
ル信号が入力され、最終的なデジタル信号を出力するデジタル補正回路と、を備えたパイ
プライン型A/D変換器であって、
前記第1〜第Nのステージのうちの第M(1≦M<N)のステージと第M+1のステー
ジとは時分割で使用する全差動型の演算増幅器を共有するとともに、前記演算増幅器はリ
セット回路を含み、
前記第Mのステージは、
正の入力信号および負の入力信号についてそれぞれ量子化してデジタル信号にそれぞれ
変換するとともに、当該の各デジタル信号を第1および第2のアナログ信号にそれぞれ変
換して出力する第1の変換器と、
第1のサンプルホールド回路を含み、前記第1のサンプルホールド回路のホールド動作
時に、前記演算増幅器を使用して、前記正の入力信号と前記第1のアナログ信号との差分
増幅を行うとともに、前記負の入力信号と前記第2のアナログ信号との差分増幅を行う第
1の差分増幅回路と、を備え、
かつ、前記第M+1のステージは、
前記演算増幅器からの正の出力信号および負の出力信号についてそれぞれ量子化してデ
ジタル信号にそれぞれ変換するとともに、当該の各デジタル信号を第3および第4のアナ
ログ信号にそれぞれ変換して出力する第2の変換器と、
第2のサンプルホールド回路を含み、前記第2のサンプルホールド回路のホールド動作
時に、前記演算増幅器を使用して、前記正の出力信号と前記第3のアナログ信号との差分
増幅を行うとともに、前記負の出力信号と前記第4のアナログ信号との差分増幅を行う第
2の差分増幅回路と、を備え、
前記第1の差分増幅回路は、自己の差分増幅回路に含まれる寄生容量に基づいて前記第
1のサンプルホールド回路が動作する際に生ずる誤差を補正する補正回路を含むことを特
徴とするパイプライン型A/D変換器。 - 前記補正回路は、前記第1のサンプルホールド回路の動作時に前記寄生容量によって発
生する誤差電圧を打ち消す補正用キャパシタを含むことを特徴とする請求項4に記載のパ
イプライン型A/D変換器。 - 前記第1のサンプルホールド回路は、
前記演算増幅器の反転入力端子と第1のスイッチを介して接続される第3のサンプルホ
ールド回路と、
前記演算増幅器の非反転入力端子と第2のスイッチを介して接続される第4のサンプル
ホールド回路と、を備え、
前記第2のサンプルホールド回路は、
前記演算増幅器の反転入力端子と第3のスイッチを介して接続される第5のサンプルホ
ールド回路と、
前記演算増幅器の非反転入力端子と第4のスイッチを介して接続される第6のサンプル
ホールド回路と、を備え、
前記寄生容量は、
前記第3のサンプルホールド回路に含まれる第1のキャパシタの入力端と前記第5のサ
ンプルホールド回路の出力端との間に形成される第1の寄生容量と、
前記第4のサンプルホールド回路に含まれる第2のキャパシタの入力端と前記第6のサ
ンプルホールド回路の出力端との間に形成される第2の寄生容量とであり、
前記補正回路は、
前記第1のキャパシタの入力端と前記第6のサンプルホールド回路の出力端との間に接
続される第1の補正用キャパシタと、
前記第2のキャパシタの入力端と前記第5のサンプルホールド回路の出力端との間に接
続される第2の補正用キャパシタと、
を備えることを特徴とする請求項4または請求項5に記載のパイプライン型A/D変換
器。
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