JP5503271B2 - 入力回路及びそれを備えたアナログ/デジタルコンバータ - Google Patents
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Description
(サンブリング時の例) 図2(a)は、図1のスイッチトキャパシタ型のサンプルホールド回路101の回路図であり、サンプリング時の接続状態を示している。Amp1は正側入力端子と負側入力端子を有する差動増幅器(差動型アンプ)、CinpおよびCinnは入力キャパシタ、CfpおよびCfnはフィードバックキャパシタである。そして、C1乃至C3がオフセット補正用の第1のキャパシタ、C4乃至C6がオフセット補正用の第2のキャパシタである。C1〜C6の一端は差動型増幅器に、他端は第1のスイッチSWC1〜SWC3又は第2のスイッチSWC4〜SWC6を介して第1の基準電圧又は第2の基準電圧に接続される。C1〜C3のそれぞれがオフセット補正用の第1のキャパシタの複数の第1の容量素子、C4〜C6のそれぞれがオフセット補正用の第2のキャパシタの複数の第2の容量素子である。ここで、各キャパシタの容量比は、Cinp:Cinn:Cfp:Cfn:C1:C2:C3:C4:C5:C6=10:10:5:5:1:1:2:1:1:2となっている。C1とC2、C4とC5は同じ容量値であって容量値は2進重み付けとはなっていないが、接続先が異なることにより出力電圧として現れるオフセット補正量として2進重み付けを実現している。図1の(b)を参照すれば、サンプリング時には、CfpおよびCfnはスイッチSW4およびSW5により両端を短絡され、出力OutpおよびOutnはリセットされている。CinpおよびCinnはスイッチSW1およびSW2により入力InpおよびInnに接続され、入力信号がCinpおよびCinnに充電されている。さらにC1〜C3はVrefHに接続され、C4〜C6はVrefLに接続され、各々電荷が充電されている。
(Outp - Outn) = 2 × (Inp - Inn)となる。C1〜C6はサンプリング時と接続関係が不変であるので、電荷の移動は起こらず、出力電圧に影響を与えない。
(Outp - Outn) = 2 × (Inp - Inn) + 0.2 × (VrefH - VrefL)となる。
(Outp - Outn) = 2 × (Inp - Inn) + 0.4 × (VrefH - VrefL)となる。よって、図3の(a)のホールド状態と比較して、2倍の量のオフセット補正が可能であることになる。逆にいえば、図3の(a)は図3の(b)に比べて2分の1のオフセット補正が行えることになる。
(サンブリング時の例) 図6の(a)は、図5の(a)のサンプルホールド回路201の回路図であり、サンプリング時の接続状態を示している。Amp1は差動型アンプ、CinpおよびCinnは入力キャパシタ、CfpおよびCfnはフィードバックキャパシタである。そして、C1乃至C3がオフセット補正用の第1のキャパシタ、C4乃至C6がオフセット補正用の第2のキャパシタである。C1〜C6の一端は差動型増幅器に、他端は第1のスイッチSWC1〜SWC3又は第2のスイッチSWC4〜SWC6を介して第1の基準電圧又は第2の基準電圧に接続される。C1〜C3のそれぞれがオフセット補正用の第1のキャパシタの複数の第1の容量素子、C4〜C6のそれぞれがオフセット補正用の第2のキャパシタの複数の第2の容量素子である。ここで、各キャパシタの容量比は、Cinp:Cinn:Cfp:Cfn:C1:C2:C3:C4:C5:C6=100:100:50:50:1:3:9:1:3:9である。サンプリング時には、CfpおよびCfnはスイッチSW7およびSW8により両端を短絡され、出力OutpおよびOutnはリセットされている。CinpおよびCinnはスイッチSW4およびSW5により入力InpおよびInnに接続され、入力信号がCinpおよびCinnに充電されている。さらにC1〜C3はVrefHに接続され、C4〜C6はVrefLに接続され、各々電荷が充電されている。
(Outp - Outn) = 2 × (Inp - Inn)となる。C1〜C6はサンプリング時と接続関係が不変であるので、電荷の移動は起こらず、出力電圧に影響を与えない。
(Outp - Outn) = 2 × (Inp - Inn) + 0.02 × (VrefH - VrefL)となる。
(Outp - Outn) = 2 × (Inp - Inn) + 0.04 × (VrefH - VrefL)
となる。よって、図7の(a)のホールド状態と比較して、2倍の量のオフセット補正が可能である。
(Outp - Outn) = 2 × (Inp - Inn) + 0.06 × (VrefH - VrefL)となる。よって、図7(a)のホールド状態と比較して、3倍の量のオフセット補正が可能である。
Claims (12)
- アナログ入力信号をサンプリングおよびホールドするスイッチトキャパシタ型の入力回路であって、
差動増幅器および第1と第2のキャパシタを含み、
前記第1のキャパシタの一端は前記差動増幅器の正側入力端子に接続され、
前記第2のキャパシタの一端は前記差動増幅器の負側入力端子に接続され、
前記入力回路は、
前記第1のキャパシタの他端を第1の基準電圧または第2の基準電圧に接続するための第1のスイッチと、
前記第2のキャパシタの他端を前記第1の基準電圧または前記第2の基準電圧に接続するための第2のスイッチと、
前記第1のキャパシタの前記他端と前記第2のキャパシタの前記他端とを接続する第3のスイッチとを有し、
サンプリング時には、前記第1のキャパシタの前記他端を前記第1のスイッチにより前記第1の基準電圧に接続し、前記第2のキャパシタの前記他端を前記第2のスイッチにより前記第2の基準電圧に接続し、
ホールド時には、前記第1のキャパシタの前記他端と前記第2のキャパシタの前記他端とを前記第3のスイッチで接続することを特徴とする入力回路。 - アナログ入力信号をサンプリングおよびホールドするスイッチトキャパシタ型の入力回路であって、
差動増幅器および第1と第2のキャパシタを含み、
前記第1のキャパシタの一端は前記差動増幅器の正側入力端子に接続され、
前記第2のキャパシタの一端は前記差動増幅器の負側入力端子に接続され、
前記入力回路は、
前記第1のキャパシタの他端を第1の基準電圧または第2の基準電圧に接続するための第1のスイッチと、
前記第2のキャパシタの他端を前記第1の基準電圧または前記第2の基準電圧に接続するための第2のスイッチと、
前記第1のキャパシタの前記他端と前記第2のキャパシタの前記他端とを接続する第3のスイッチとを有し、
サンプリング時には、前記第1のキャパシタの前記他端と前記第2のキャパシタの前記他端とを前記第3のスイッチで接続し、
ホールド時には、前記第1のキャパシタの前記他端を前記第1のスイッチにより前記第1の基準電圧に接続し、前記第2のキャパシタの前記他端を前記第2のスイッチで前記第2の基準電圧に接続すること特徴とする入力回路。 - 前記第1のキャパシタは、1:1:2の容量比を有する3つの第1の容量素子を含み、該3つの第1の容量素子の一端は前記差動増幅器の正側入力端子に接続され、該3つの第1の容量素子の他端のそれぞれは3つの前記第1のスイッチのそれぞれに接続され、
前記第2のキャパシタは、1:1:2の容量比を有する3つの第2の容量素子を含み、該3つの第2の容量素子の一端は前記差動増幅器の負側入力端子に接続され、該3つの第2の容量素子の他端のそれぞれは3つの前記第2のスイッチのそれぞれに接続され、
前記3つの第1の容量素子の容量比における1に対応する第1の容量素子の他端と前記3つの第2の容量素子の容量比における1に対応する第2の容量素子の他端との前記第3のスイッチによる接続を最下位ビットとし、
前記3つの第1の容量素子の容量比における1に対応する第1の容量素子の他端の前記第1のスイッチによる前記第2の基準電圧への接続と前記3つの第2の容量素子の容量比における1に対応する第2の容量素子の他端の前記第2のスイッチによる前記第1の基準電圧への接続を中間ビットとし、
前記3つの第1の容量素子の容量比における2に対応する第1の容量素子の他端と前記3つの第2の容量素子の容量比における2に対応する第2の容量素子の他端との前記第3のスイッチによる接続を最上位ビットとして、
オフセット補正が3ビットの2進重み付けで行われること特徴とする請求項1または2に記載の入力回路。 - 前記第1のキャパシタは、1:3:9の容量比を有する3つの第1の容量素子を含み、該3つの第1の容量素子の一端は前記差動増幅器の正側入力端子に接続され、該3つの第1の容量素子の他端のそれぞれは3つの前記第1のスイッチのそれぞれに接続され、
前記第2のキャパシタは、1:3:9の容量比を有する3つの第2の容量素子を含み、該3つの第2の容量素子の一端は前記差動増幅器の負側入力端子に接続され、該3つの第2の容量素子の他端のそれぞれは3つの前記第2のスイッチのそれぞれに接続され、
前記第1のキャパシタの各第1の容量素子の他端の前記第1のスイッチによる前記第1の基準電圧への接続と前記第2のキャパシタの各第2の容量素子の他端の前記第2のスイッチによる前記第2の基準電圧への接続を3進での重み0のオフセット補正とし、
前記第1のキャパシタの各第1の容量素子の他端と前記第2のキャパシタの各第2の容量素子の他端との前記第3のスイッチによる接続を3進での重み1のオフセット補正とし、
前記第1のキャパシタの各第1の容量素子の他端の前記第1のスイッチによる前記第2の基準電圧への接続と前記第2のキャパシタの各第2の容量素子の他端の前記第2のスイッチによる前記第1の基準電圧への接続を3進での重み2のオフセット補正とし、
当該オフセット補正が、前記容量比における1に対応する容量素子を最下位ビット、前記容量比における3に対応する容量素子を中間ビット、前記容量比における9に対応する容量素子を最上位ビットとする3ビットの3進重み付けで行われること特徴とする請求項1または2に記載の入力回路。 - アナログ入力信号をサンプリングおよびホールドするスイッチトキャパシタ型の入力回路であって、
差動増幅器と、
一端が前記差動増幅器の負側入力端子に接続された第1のキャパシタと、
一端が前記差動増幅器の正側入力端子に接続された第2のキャパシタと、
第1の制御信号に応じて前記第1のキャパシタの他端を第1の基準電圧または第2の基準電圧に接続するための第1のスイッチと、
第2の制御信号に応じて前記第2のキャパシタの他端を前記第1の基準電圧または前記第2の基準電圧に接続するための第2のスイッチと、
第3の制御信号に応じて前記第1のキャパシタの前記他端と前記第2のキャパシタの前記他端とを接続する第3のスイッチと、
を備えることを特徴とする入力回路。 - 各々の一端が前記差動増幅器の前記負側入力端子に接続された複数の第3のキャパシタと、
第4の制御信号に応じて前記複数の第3のキャパシタの他端を前記第1の基準電圧または前記第2の基準電圧に接続するための複数の第4のスイッチと、
各々の一端が前記差動増幅器の前記正側入力端子に接続された複数の第4のキャパシタと、
第5の制御信号に応じて前記複数の第4のキャパシタの他端を前記第1の基準電圧または前記第2の基準電圧に接続するための複数の第5のスイッチと、
を更に備えることを特徴とする請求項5に記載の入力回路。 - 一端が前記差動増幅器の前記負側入力端子に接続された第3のキャパシタと、
第4の制御信号に応じて前記第3のキャパシタの他端を前記第1の基準電圧または前記第2の基準電圧に接続するための第4のスイッチと、
一端が前記差動増幅器の前記負側入力端子に接続された第4のキャパシタと、
第5の制御信号に応じて前記第4のキャパシタの他端を前記第1の基準電圧または前記第2の基準電圧に接続するための第5のスイッチと、
一端が前記差動増幅器の前記正側入力端子に接続された第5のキャパシタと、
第6の制御信号に応じて前記第5のキャパシタの他端を前記第1の基準電圧または前記第2の基準電圧に接続するための第6のスイッチと、
一端が前記差動増幅器の前記正側入力端子に接続された第6のキャパシタと、
第7の制御信号に応じて前記第6のキャパシタの他端を前記第1の基準電圧または前記第2の基準電圧に接続するための第7のスイッチと、を更に備え、
前記第1のキャパシタ、前記第3のキャパシタ、前記第4のキャパシタの容量比が1:1:2であり、前記第2のキャパシタ、前記第5のキャパシタ、前記第6のキャパシタの容量比が1:1:2である、
ことを特徴とする請求項5に記載の入力回路。 - 一端が前記差動増幅器の前記負側入力端子に接続された第3のキャパシタと、
第4の制御信号に応じて前記第3のキャパシタの他端を前記第1の基準電圧または前記第2の基準電圧に接続するための第4のスイッチと、
一端が前記差動増幅器の前記負側入力端子に接続された第4のキャパシタと、
第5の制御信号に応じて前記第4のキャパシタの他端を前記第1の基準電圧または前記第2の基準電圧に接続するための第5のスイッチと、
一端が前記差動増幅器の前記正側入力端子に接続された第5のキャパシタと、
第6の制御信号に応じて前記第5のキャパシタの他端を前記第1の基準電圧または前記第2の基準電圧に接続するための第6のスイッチと、
一端が前記差動増幅器の前記正側入力端子に接続された第6のキャパシタと、
第7の制御信号に応じて前記第6のキャパシタの他端を前記第1の基準電圧または前記第2の基準電圧に接続するための第7のスイッチと、を更に備え、
前記第1のキャパシタ、前記第3のキャパシタ、前記第4のキャパシタの容量比が1:3:9であり、前記第2のキャパシタ、前記第5のキャパシタ、前記第6のキャパシタの容量比が1:3:9である、
ことを特徴とする請求項5に記載の入力回路。 - 前記差動増幅器は、全差動増幅器である、
ことを特徴とする請求項5乃至8のいずれか1項に記載の入力回路。 - 前記差動増幅器の前記負側入力端子に接続された第1の入力キャパシタと、
前記差動増幅器の前記正側入力端子に接続された第2の入力キャパシタと、
前記差動増幅器の前記負側入力端子と前記差動増幅器の第1の出力端子との間に接続された第1のフィードバックキャパシタと、
前記差動増幅器の前記正側入力端子と前記差動増幅器の第2の出力端子との間に接続された第2のフィードバックキャパシタと、
を更に備えることを特徴とする請求項9に記載の入力回路。 - ホールド時に前記第1のキャパシタの前記他端に提供される電圧は、サンプリング時に前記第1のキャパシタの前記他端に提供される電圧と異なり、
ホールド時に前記第2のキャパシタの前記他端に提供される電圧は、サンプリング時に前記第2のキャパシタの前記他端に提供される電圧と異なる、
ことを特徴とする請求項5乃至10のいずれか1項に記載の入力回路。 - 請求項1乃至11のいずれか1項に記載の入力回路を含み、前記入力回路からの出力信号に対してアナログ/デジタル変換を行うアナログ/デジタル変換回路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。
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