JP5652259B2 - Analog to digital converter - Google Patents

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本発明は,アナログデジタル変換器に関する。   The present invention relates to an analog-digital converter.

アナログデジタル変換器(AD変換器またはADC)は,アナログ入力信号をデジタル出力信号に変換(AD変換)する。例えば,アナログ入力信号のアナログ電圧をデジタル出力信号の各ビットに対応する参照電圧と比較し,アナログ電圧の大きさをデジタル信号に変換する。   An analog-digital converter (AD converter or ADC) converts an analog input signal into a digital output signal (AD conversion). For example, the analog voltage of the analog input signal is compared with a reference voltage corresponding to each bit of the digital output signal, and the magnitude of the analog voltage is converted into a digital signal.

AD変換器は,変換したいアナログ入力信号をトラックアンドホールド回路またはサンプルアンドホールド回路でホールドし,そのホールドしたアナログ信号をAD変換する。AD変換器には,ホールドしたアナログ信号を複数ビットのデジタル信号に同時に変換するフラッシュ型ADCと,デジタル信号の上位ビットから順次判定する逐次比較型ADCとがある。本願は,逐次比較型ADCに関する。   The AD converter holds an analog input signal to be converted by a track and hold circuit or a sample and hold circuit, and AD converts the held analog signal. The AD converter includes a flash type ADC that simultaneously converts a held analog signal into a multi-bit digital signal, and a successive approximation type ADC that sequentially determines the higher bits of the digital signal. The present application relates to a successive approximation ADC.

逐次比較型AD変換器は,トラックアンドホールド回路またはサンプルアンドホールド回路と,デジタルアナログ変換器(ADC)と,ホールドしたアナログ信号とADCが生成する参照電圧とを比較する比較器と,比較器の比較結果を記憶するレジスタ回路と,比較結果に応じて参照電圧に対応するデジタル信号をDACに供給する制御回路を有する。そして,上位ビットから下位ビットまでバイナリサーチアルゴリズムで逐次比較を行うことで複数ビットのデジタル信号に変換する。   The successive approximation AD converter includes a track-and-hold circuit or sample-and-hold circuit, a digital-to-analog converter (ADC), a comparator that compares the held analog signal with the reference voltage generated by the ADC, A register circuit for storing the comparison result and a control circuit for supplying a digital signal corresponding to the reference voltage to the DAC according to the comparison result. Then, the digital signal is converted into a multi-bit digital signal by performing successive comparison with the binary search algorithm from the upper bit to the lower bit.

そして,変換方式として,クロックに同期して1ビットずつAD変換するクロック同期型と,1クロック内で全ビットのAD変換を行うクロック非同期型とがある。クロック非同期型AD変換器は,高速動作に対応しており,より高速化することが求められる。   As a conversion method, there are a clock synchronous type in which AD conversion is performed bit by bit in synchronization with a clock and a clock asynchronous type in which AD conversion of all bits is performed within one clock. Clock asynchronous AD converters are compatible with high-speed operation, and higher speeds are required.

特開平5−152960号公報JP-A-5-152960 特開平5−199116号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-199116

近年において,逐次比較型AD変換器は,より高速に動作することが求められている。特に,高速動作が可能なクロック非同期型AD変換器は,ADCの分解能を示すデジタル信号のビット数を増やしても一回のAD変換時間を短くして,ADCのサンプリング周波数をより高くすることが求められる。   In recent years, successive approximation AD converters are required to operate at higher speeds. In particular, a clock asynchronous AD converter capable of high-speed operation can shorten the AD conversion time once and increase the ADC sampling frequency even if the number of bits of the digital signal indicating the ADC resolution is increased. Desired.

従来の逐次比較型AD変換器は,比較器などの内部のアナログ回路部分がAD変換器内の高速内部クロックに追従することができず,変換精度が著しく低下するという問題がある。   The conventional successive approximation AD converter has a problem that the internal analog circuit portion such as the comparator cannot follow the high-speed internal clock in the AD converter, and the conversion accuracy is remarkably lowered.

そこで,本発明の目的は,より高速化した逐次比較型AD変換器を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a successive approximation AD converter with higher speed.

AD変換器の第1の側面は,アナログ入力信号をデジタル出力信号に変換するAD変換器であって,
前記アナログ入力信号と参照電圧とを比較して当該比較結果に応じた前記デジタル出力信号の各ビットを順次出力するN段の比較ユニットと,
前記比較ユニットが出力する前記デジタル出力信号の各ビットに基づいて前記参照電圧に対応する参照電圧生成デジタル信号を順次生成する論理回路と,
前記参照電圧生成デジタル信号に基づいて前記参照電圧を生成するDA変換器とを有し,
前記N段の比較ユニットは,それぞれ,前段からの状態制御信号の判定状態に応答してリセット状態から判定状態になる比較器と,前記比較器が前記判定状態で比較結果を出力したときに後段の比較ユニットへの状態制御信号を判定状態にする状態制御信号生成部とを有し,
トリガクロックに応答して,前記N段の比較ユニットの比較器が上位のビットから下位のビットまで順次比較動作を行う。
The first aspect of the AD converter is an AD converter that converts an analog input signal into a digital output signal,
An N-stage comparison unit that compares the analog input signal with a reference voltage and sequentially outputs each bit of the digital output signal according to the comparison result;
A logic circuit for sequentially generating a reference voltage generation digital signal corresponding to the reference voltage based on each bit of the digital output signal output by the comparison unit;
A DA converter that generates the reference voltage based on the reference voltage generation digital signal,
Each of the N-stage comparison units includes a comparator that changes from a reset state to a determination state in response to a determination state of the state control signal from the previous stage, and a subsequent stage when the comparator outputs a comparison result in the determination state. A state control signal generation unit for making a state control signal to the comparison unit of
In response to the trigger clock, the comparator of the N-stage comparison unit sequentially performs a comparison operation from the upper bit to the lower bit.

第1の側面によれば,より高速化した逐次比較型AD変換器を提供できる。   According to the first aspect, it is possible to provide a successive approximation AD converter that is faster.

本実施の形態における逐次比較型AD変換器の回路図である。It is a circuit diagram of a successive approximation AD converter in the present embodiment. 比較ユニット内の比較器COMP1-4の回路図である。It is a circuit diagram of comparators COMP1-4 in the comparison unit. 論理回路14の構成図である。2 is a configuration diagram of a logic circuit 14. FIG. 図1に示した第1の実施の形態における逐次比較型AD変換器の動作を示す図である。It is a figure which shows operation | movement of the successive approximation type AD converter in 1st Embodiment shown in FIG. アナログ入力信号Vinと参照電圧Vdacとの関係の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the relationship between the analog input signal Vin and the reference voltage Vdac. 第2の実施の形態におけるAD変換器の回路図である。It is a circuit diagram of the AD converter in 2nd Embodiment. 第2の実施の形態における比較器COMP1-4の回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram of comparators COMP1-4 in the second embodiment. 第2の実施の形態におけるAD変換器の動作を示す図である。It is a figure which shows operation | movement of the AD converter in 2nd Embodiment. 第3の実施の形態における8ビットのAD変換器の回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram of an 8-bit AD converter according to a third embodiment. 3ビットシフトレジスタ32の回路図である。3 is a circuit diagram of a 3-bit shift register 32. FIG. 内部クロック制御回路30の回路図である。3 is a circuit diagram of an internal clock control circuit 30. FIG. 論理回路14の回路図である。2 is a circuit diagram of a logic circuit 14. FIG. 第3の実施の形態におけるAD変換器の動作波形図である。It is an operation | movement waveform diagram of the AD converter in 3rd Embodiment. 本実施の形態に対応する比較例のAD変換器の構成図である。It is a block diagram of the AD converter of the comparative example corresponding to this Embodiment. 第1,第2の実施の形態のAD変換器と比較例のAD変換器とのシミュレーションの比較結果を示す図である。It is a figure which shows the comparison result of the simulation with the AD converter of 1st, 2nd embodiment, and the AD converter of a comparative example.

図1は,本実施の形態における逐次比較型AD変換器の回路図である。このAD変換器は,アナログ入力信号Vinをトラックアンドホールド回路10でホールドしたアナログ入力信号Vin_thをデジタル出力信号D1-D4に変換する。トラックアンドホールド回路10は,外部クロック生成部12が生成する外部クロックECLKがHレベルの間アナログ入力信号Vinをトラッキングし,Lレベルになるタイミングでそれをホールドする。トラックアンドホールド回路10は,外部クロックECLKの立ち上がりエッジでアナログ入力信号Vinをサンプルホールドするサンプルホールド回路でもよい。外部クロックECLKは,それをトリガにしてAD変換器がAD変換を開始するトリガクロックである。   FIG. 1 is a circuit diagram of a successive approximation AD converter according to the present embodiment. This AD converter converts the analog input signal Vin_th obtained by holding the analog input signal Vin by the track and hold circuit 10 into digital output signals D1-D4. The track-and-hold circuit 10 tracks the analog input signal Vin while the external clock ECLK generated by the external clock generator 12 is at the H level, and holds it at the timing when it becomes the L level. The track and hold circuit 10 may be a sample and hold circuit that samples and holds the analog input signal Vin at the rising edge of the external clock ECLK. The external clock ECLK is a trigger clock that triggers the AD converter to start AD conversion.

AD変換器は,ホールドしたアナログ入力信号Vin_thと参照電圧Vdacとを比較して当該比較結果に応じた前記デジタル出力信号の各ビットを順次出力する4段の比較ユニットCU1-4と,比較ユニットが出力するデジタル出力信号の各ビットに基づいて参照電圧Vdacに対応する参照電圧生成デジタル信号DAC1-4を順次生成する論理回路14と,参照電圧生成デジタル信号DAC1-4に基づいて参照電圧Vdacを生成するDA変換器16とを有する。   The AD converter compares the held analog input signal Vin_th with the reference voltage Vdac and sequentially outputs each bit of the digital output signal corresponding to the comparison result, and the comparison unit includes a comparison unit CU1-4. A logic circuit 14 that sequentially generates a reference voltage generation digital signal DAC1-4 corresponding to the reference voltage Vdac based on each bit of the output digital output signal, and a reference voltage Vdac based on the reference voltage generation digital signal DAC1-4 A DA converter 16.

4段の比較ユニットCU1-4は,それぞれ,前段からの状態制御信号CLK1-4の判定状態(Lレベル)への変化に応答してリセット状態から判定状態に遷移する比較器COMP1-3と,比較器が判定状態に遷移して比較結果を出力したときに後段への状態制御信号CLK2-4を判定状態にする状態制御信号生成部とを有する。状態制御信号生成部は,例えば,比較器COMP1-3の差動出力OP1-3,OM1-3を入力するEORゲートEOR1-3と,インバータINV1-3と,ORゲートOR1-3を有する。   Each of the four-stage comparison units CU1-4 includes a comparator COMP1-3 that transitions from the reset state to the determination state in response to the change of the state control signal CLK1-4 from the previous stage to the determination state (L level). A state control signal generation unit that sets a state control signal CLK2-4 to the subsequent stage when the comparator transitions to the determination state and outputs a comparison result. The state control signal generation unit includes, for example, an EOR gate EOR1-3 that inputs the differential outputs OP1-3 and OM1-3 of the comparators COMP1-3, an inverter INV1-3, and an OR gate OR1-3.

初段の比較ユニットCU1への状態制御信号CLK1は,外部クロック生成回路12が出力する外部クロック(トリガクロック)ECLKであり,外部クロックECLKがHレベルのときは,初段の状態制御信号CLK1がリセット状態(Hレベル)であり,ORゲートOR1-3を介して2−4段の状態制御信号CLK2-4もリセット状態(Hレベル)である。つまり,初期状態では,全段の比較ユニットCU1-4への状態制御信号CLK1-4がリセット状態(Hレベル)になる。   The state control signal CLK1 to the first-stage comparison unit CU1 is an external clock (trigger clock) ECLK output from the external clock generation circuit 12. When the external clock ECLK is at H level, the first-stage state control signal CLK1 is in a reset state. (H level), and the 2-4 stage state control signals CLK2-4 via the OR gates OR1-3 are also in the reset state (H level). That is, in the initial state, the state control signals CLK1-4 to all the comparison units CU1-4 are in the reset state (H level).

そして,この外部クロックECLKがHレベルからLレベルになると,初段の状態制御信号CLK1がリセット状態(Hレベル)から判定動作状態(Lレベル)になる。さらに,初段の比較器COMP1が判定動作をしてその差動出力OP1,OM1がH,LまたはL,Hになると,EORゲートEOR1が出力をHレベルにし,後段への状態制御信号CLK2がリセット状態(Hレベル)から判定動作状態(Lレベル)になる。この動作は,2段目の比較器COMP2,3段目の比較器COMP3,4段目の比較器COMP4にも伝達され,各比較ユニットの比較器が順次,逐次的に比較動作を行う。   When the external clock ECLK changes from the H level to the L level, the first-stage state control signal CLK1 changes from the reset state (H level) to the determination operation state (L level). Furthermore, when the comparator COMP1 of the first stage performs a judgment operation and the differential outputs OP1 and OM1 become H, L or L, H, the EOR gate EOR1 sets the output to the H level, and the state control signal CLK2 to the subsequent stage is reset. From the state (H level) to the judgment operation state (L level). This operation is also transmitted to the second-stage comparator COMP2, the third-stage comparator COMP3, and the fourth-stage comparator COMP4, and the comparators of the respective comparison units perform comparison operations sequentially and sequentially.

各比較ユニットCU1-4は,さらに,各比較器COMP1-4の正側出力OP1-4を,EORゲートの出力の立ち上がりエッジに応答して取り込むフリップフロップDFF1-4を有し,そこでラッチされた比較結果DOUT1-4は,最上位から下位へのデジタル出力信号の各ビットの信号として,4ビットレジスタを有する制御回路14に供給される。   Each comparison unit CU1-4 further includes a flip-flop DFF1-4 that takes in the positive output OP1-4 of each comparator COMP1-4 in response to the rising edge of the output of the EOR gate, and is latched there The comparison result DOUT1-4 is supplied to the control circuit 14 having a 4-bit register as a signal of each bit of the digital output signal from the most significant to the least significant.

図2は,比較ユニット内の比較器COMP1-4の回路図である。比較器COMP#(#=1-4)は,ゲートがバイアス電圧Vbでバイスされた負荷用のPチャネルトランジスタP1,P2と,正極入力IPと負極入力IMがそれぞれゲートに入力されるNチャネルトランジスタN7,N8と,ゲートとドレインが交差接続されてラッチ機能を有するNチャネルトランジスタN5,N6とを有する。さらに,内部クロックである状態制御信号/CLKが入力されるPチャネルトランジスタP3,P4と,電流回路用のNチャネルトランジスタN9とを有する。状態制御信号/CLKは,状態制御信号CLKの反転信号である。   FIG. 2 is a circuit diagram of the comparators COMP1-4 in the comparison unit. Comparator COMP # (# = 1-4) includes P-channel transistors P1 and P2 for a load whose gate is biased with a bias voltage Vb, and an N-channel transistor in which a positive input IP and a negative input IM are input to the gate, respectively. N7 and N8, and N-channel transistors N5 and N6 having a latch function with their gates and drains cross-connected. Furthermore, P channel transistors P3 and P4 to which a state control signal / CLK which is an internal clock is input, and an N channel transistor N9 for a current circuit are included. The state control signal / CLK is an inverted signal of the state control signal CLK.

図2の回路から明らかなとおり,状態制御信号CLKがHレベル,つまりその反転信号/CLKがLレベルのときは,トランジスタP3,P4が導通,トランジスタN9が非導通となり,出力対OP,OMはともにHレベルになる。これがリセット状態である。一方,状態制御信号CLKがLレベル,つまりその反転信号/CLKがHレベルのときは,トランジスタP3,P4が非導通,トランジスタN9が導通となり,入力対IP,IMの差に応じて出力対OP,OMがH,LまたはL,Hになり,トランジスタN5,N6によるラッチ回路により,出力対OP,OMの一方が電源VDD,他方がグランドVSSになる。これが判定動作状態である。   As is apparent from the circuit of FIG. 2, when the state control signal CLK is H level, that is, when the inverted signal / CLK is L level, the transistors P3 and P4 are turned on, the transistor N9 is turned off, and the output pair OP and OM are Both become H level. This is the reset state. On the other hand, when the state control signal CLK is at L level, that is, when the inverted signal / CLK is at H level, the transistors P3 and P4 are non-conductive and the transistor N9 is conductive, and the output pair OP and OP depend on the difference between the input pair IP and IM. , OM becomes H, L or L, H, and one of the output pair OP, OM becomes the power supply VDD and the other becomes the ground VSS by the latch circuit by the transistors N5, N6. This is the determination operation state.

したがって,各比較ユニットにおいて,比較器COMP1-4がリセット状態なら,EORゲートは出力がLレベル,判定動作状態なら,EORゲートは出力がHレベルになる。   Therefore, in each comparison unit, if the comparators COMP1-4 are in the reset state, the output of the EOR gate is L level, and if it is in the judgment operation state, the output of the EOR gate is H level.

図3は,論理回路14の構成図である。この論理回路14は,各比較ユニットCU1-4が出力する比較結果DOUT1-4をラッチする4ビットレジスタ(RG1-4)14−1と,参照電圧Vdacを生成するDAC回路への参照電圧生成デジタル信号DAC1-4を生成するSAR論理回路14−2とを有する。   FIG. 3 is a configuration diagram of the logic circuit 14. The logic circuit 14 includes a 4-bit register (RG1-4) 14-1 that latches the comparison result DOUT1-4 output from each comparison unit CU1-4, and a reference voltage generation digital signal to the DAC circuit that generates the reference voltage Vdac. And SAR logic circuit 14-2 for generating signals DAC1-4.

4ビットレジスタ14−1は,4ビットの判定動作が終了した後に外部クロックECLKである状態制御信号CLK1がHレベルになると,その立ち上がりエッジに応答して,各比較ユニットのフリップフロップDFF1-4にラッチされている比較結果DOUT1-4を,4ビットのレジスタRG1-4に取り込む。   When the state control signal CLK1 that is the external clock ECLK becomes H level after the 4-bit determination operation is finished, the 4-bit register 14-1 responds to the rising edge to the flip-flops DFF1-4 of each comparison unit. The latched comparison result DOUT1-4 is taken into the 4-bit register RG1-4.

SAR論理回路14−2は,(1)各比較ユニットCU1-4の比較タイミングに同期して,対応するデジタル信号DAC1-4をHレベルにし,(2)各比較ユニットの比較動作が完了した後は,比較結果DOUT1-4に応じてデジタル信号DAC1-4をHレベルまたはLレベルにする。そのため,SAR論理回路14−2内の後段のORゲートは,前段のANDゲートの出力及び内部クロック/CLK4に応じてデジタル信号DAC1-4をHレベルにして上記の動作(1)を行い,さらに,上記動作(1)の後は,各比較ユニットの比較結果DOUT1-4それぞれに応じてデジタル信号DAC1-4をHレベル又はLレベルにする。   The SAR logic circuit 14-2 (1) sets the corresponding digital signal DAC1-4 to H level in synchronization with the comparison timing of each comparison unit CU1-4, and (2) after the comparison operation of each comparison unit is completed. The digital signals DAC1-4 are set to H level or L level according to the comparison result DOUT1-4. Therefore, the subsequent OR gate in the SAR logic circuit 14-2 performs the above operation (1) by setting the digital signals DAC1-4 to the H level according to the output of the previous AND gate and the internal clock / CLK4. After the operation (1), the digital signals DAC1-4 are set to the H level or the L level according to the comparison results DOUT1-4 of the respective comparison units.

図4は,図1に示した第1の実施の形態における逐次比較型AD変換器の動作を示す図である。図4には,1回のAD変換動作が示され,1回のAD変換動作は,外部クロックECLKがHレベルのトラッキング期間とLレベルのホールド期間とからなる。すなわち,時間T1〜T5は以下のとおりである。
T1:アナログ入力信号Vinのトラッキング期間
T2:最上位ビットMSBの判定期間
T3:第2ビットの判定期間
T4:第3ビットの判定期間
T5:第4ビットの判定期間
さらに,各比較ユニットの比較器COMP1-4の動作状態は,以下のとおりである。
R:リセット状態(状態制御信号CLK=H)
J:判定動作状態(状態制御信号CLK=L)
X:動作不定状態
そして,図4には,各比較ユニットの内部クロックである状態制御信号CLK1-4のH,Lレベルの遷移も示されている。
FIG. 4 is a diagram showing the operation of the successive approximation AD converter in the first embodiment shown in FIG. FIG. 4 shows one AD conversion operation, and one AD conversion operation is composed of a tracking period in which the external clock ECLK is at the H level and a hold period in which the external clock ECLK is at the L level. That is, the times T1 to T5 are as follows.
T1: Analog input signal Vin tracking period
T2: Most significant bit MSB judgment period
T3: Second bit judgment period
T4: Third bit judgment period
T5: Fourth bit determination period Further, the operation states of the comparators COMP1-4 of each comparison unit are as follows.
R: Reset state (state control signal CLK = H)
J: Judgment operation status (status control signal CLK = L)
X: Operation indefinite state And FIG. 4 also shows the transition of the H and L levels of the state control signals CLK1-4, which are internal clocks of the respective comparison units.

図5は,アナログ入力信号Vinと参照電圧Vdacとの関係の一例を示す図である。この例では,アナログ入力信号Vinが参照電圧3Vre/4とVrefとの間の電位になっている。以下,図5の例について,図4を参照しながら第1の実施の形態の逐次比較型AD変換器の動作を説明する。   FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the relationship between the analog input signal Vin and the reference voltage Vdac. In this example, the analog input signal Vin is at a potential between the reference voltages 3Vre / 4 and Vref. The operation of the successive approximation AD converter according to the first embodiment will be described below with reference to FIG. 4 for the example of FIG.

図4において,まず,時間T1において,アナログ入力信号Vinはトラックアンドホールド回路10によりトラッキングされ,Vin=Vin_thとなる。このとき,外部クロックECLK=Hにより,内部クロックである状態制御信号CLK1=H,さらに,ORゲートOR1,2,3により,他の状態制御信号CLK2,3,4=Hになっている。したがって,全ての比較器COMP1-4は全てリセット状態にある。   In FIG. 4, first, at time T1, the analog input signal Vin is tracked by the track and hold circuit 10, and Vin = Vin_th. At this time, the state control signal CLK1 = H, which is an internal clock, is set by the external clock ECLK = H, and the other state control signals CLK2,3,4 = H are set by the OR gates OR1,2,3. Therefore, all the comparators COMP1-4 are all in the reset state.

時間T2において,外部クロックECLK=Lになると,状態制御信号CLK1=Lとなり,比較器COMP1が判定状態になり最上位ビットMSBの判定が開始される。この時,SAR論理回路14−2は,CLK1=L,CLK2=Hにより,DAC回路16のデジタル入力信号のMSBのDAC1をHレベルにし,下位ビットのDAC2-4は全てLレベルにされ,DAC16により生成される参照電圧Vdacは,以下の値となる。
Vdac = Vref/2*1 + Vref/4*0 + Vref/8*0 + Vref/16*0 = Vref/2 ・・・(1)
図5によると,Vin > Vdac= Vref/2なので比較器COMP1の出力(判定結果)はOP1=H, OM1=Lとなる。但し,状態制御信号CLK2〜4=Hのため他の比較器COMP2〜4はリセット状態である。
At time T2, when the external clock ECLK = L, the state control signal CLK1 = L, the comparator COMP1 enters the determination state, and the determination of the most significant bit MSB is started. At this time, the SAR logic circuit 14-2 sets the DAC1 of the MSB of the digital input signal of the DAC circuit 16 to the H level by CLK1 = L and CLK2 = H, and all the lower-order DAC2-4 are set to the L level. The reference voltage Vdac generated by the following values:
Vdac = Vref / 2 * 1 + Vref / 4 * 0 + Vref / 8 * 0 + Vref / 16 * 0 = Vref / 2 (1)
According to FIG. 5, since Vin> Vdac = Vref / 2, the output (determination result) of the comparator COMP1 is OP1 = H and OM1 = L. However, since the state control signals CLK2 to 4 = H, the other comparators COMP2 to COMP4 are in a reset state.

比較器COMP1の判定動作が終了するとその出力対OP,OMはH,LレベルまたはL,Hレベルになっている。そのため,EORゲートEOR1の出力が立ち上がり,その立ち上がりエッジで比較器COMP1の判定結果がフリップフロップDFF1によって保持され,後段の4ビットレジスタ回路に出力される。図5の例によれば,最上位ビットMSB(DOUT1)はHレベルに決定し,AD変換後のデジタル信号D1はHレベルである(D1=H)。   When the determination operation of the comparator COMP1 is completed, the output pair OP, OM is at the H, L level or the L, H level. Therefore, the output of the EOR gate EOR1 rises, and at the rising edge, the determination result of the comparator COMP1 is held by the flip-flop DFF1, and is output to the subsequent 4-bit register circuit. According to the example of FIG. 5, the most significant bit MSB (DOUT1) is determined to be H level, and the digital signal D1 after AD conversion is H level (D1 = H).

図4の時間T3において,ORゲートOR1の出力がHレベルからLレベルに変化することにより,内部クロックである状態制御信号はCLK2=Lとなり,比較器COMP2で2ビット目の判定が開始される。この時,DAC回路16のデジタル入力信号の1ビット目DAC1は,時間T2での1ビット目の判定結果DOUT1=Hにより,DAC1=Hにされ,2ビット目DAC2は,CLK2=L,CLK3=Hにより,DAC2=Hにされ,それ以下の下位ビットDAC3,4はLにセットされ,参照電圧Vdacは以下の値となる。
Vdac = Vref/2*1 + Vref/4*1 + Vref/8*0 + Vref/16*0 = 3Vref/4 ・・・(2)
図5の例によると,Vin > Vdac=3Vref/4なので比較器COMP2の出力(判定結果)はOP2 = H, OM2 = Lとなる。但し,状態制御信号CLK3,4 = Hのため比較器COMP3,4はリセット状態にある。
At time T3 in FIG. 4, when the output of the OR gate OR1 changes from the H level to the L level, the state control signal that is the internal clock becomes CLK2 = L, and the comparator COMP2 starts the determination of the second bit. . At this time, the first bit DAC1 of the digital input signal of the DAC circuit 16 is set to DAC1 = H by the determination result DOUT1 = H of the first bit at time T2, and the second bit DAC2 is CLK2 = L, CLK3 = Due to H, DAC2 = H, lower bits DAC3 and 4 below it are set to L, and the reference voltage Vdac becomes the following value.
Vdac = Vref / 2 * 1 + Vref / 4 * 1 + Vref / 8 * 0 + Vref / 16 * 0 = 3Vref / 4 (2)
According to the example of FIG. 5, since Vin> Vdac = 3Vref / 4, the output (determination result) of the comparator COMP2 is OP2 = H and OM2 = L. However, since the state control signals CLK3,4 = H, the comparators COMP3,4 are in the reset state.

比較器COMP2の判定終了後,EORゲートEOR2の出力の立ち上がりエッジで比較器COMP2の判定結果がフリップフロップDFF2によって保持され,後段の4ビットレジスタ回路14に出力される。判定結果の2ビット目D2はHレベルに決定される(D2=H)。   After completion of the determination of the comparator COMP2, the determination result of the comparator COMP2 is held by the flip-flop DFF2 at the rising edge of the output of the EOR gate EOR2, and is output to the subsequent 4-bit register circuit 14. The second bit D2 of the determination result is determined to be H level (D2 = H).

次に,図4の時間T4において,ORゲートOR2の出力がHからLに変化することにより,内部クロックである状態制御信号がCLK3 = Lとなり,比較器COMP3で3ビット目の判定が開始される。この時,DAC回路のデジタル入力信号の1,2ビット目DAC1,2は,判定結果DOUT1,DOUT2により共にHレベルであり,3ビット目DAC3はCLK3=L, CLK4=HによりDAC3=Hになり,それ以下の下位ビットDAC4はLレベルにセットされ,参照電圧Vdacは以下の値となる。
Vdac = Vref/2*1 + Vref/4*1 + Vref/8*1 + Vref/16*0 = 7Vref/8 ・・・(3)
図5によると,Vin < Vdac=7Vref/4であり,比較器COMP3の出力(判定結果)はOP3=L, OM3=Hとなる。但し,CLK4=Hのため比較器COMP4はリセット状態にある。
Next, at time T4 in FIG. 4, when the output of the OR gate OR2 changes from H to L, the state control signal which is an internal clock becomes CLK3 = L, and the third bit determination is started by the comparator COMP3. The At this time, the 1st and 2nd bit DAC1 and 2 of the digital input signal of the DAC circuit are both at the H level according to the judgment results DOUT1 and DOUT2, and the 3rd bit DAC3 becomes DAC3 = H when CLK3 = L and CLK4 = H. , The lower bit DAC4 below it is set to L level, and the reference voltage Vdac has the following value.
Vdac = Vref / 2 * 1 + Vref / 4 * 1 + Vref / 8 * 1 + Vref / 16 * 0 = 7Vref / 8 (3)
According to FIG. 5, Vin <Vdac = 7Vref / 4, and the output (determination result) of the comparator COMP3 is OP3 = L and OM3 = H. However, because CLK4 = H, the comparator COMP4 is in a reset state.

比較器COMP3の判定終了後,EORゲートEOR3の出力の立ち上がりエッジで比較器COMP3の判定結果がフリップフロップDFF3によって保持され,後段の4ビットレジスタ回路に出力される。3ビット目D3はLレベルに決定する(D3=L)。   After completion of the determination of the comparator COMP3, the determination result of the comparator COMP3 is held by the flip-flop DFF3 at the rising edge of the output of the EOR gate EOR3, and is output to the subsequent 4-bit register circuit. The third bit D3 is determined to be L level (D3 = L).

図4の時間T5において,ORゲートOR3の出力がHレベルからLレベルに変化することにより,内部クロックである状態制御信号はCLK4=Lとなり,比較器COMP4で最下位ビットLSBの判定が開始される。この時,DAC回路のデジタル入力信号DAC1,2,3は,判定結果DOUT1,2,3によりH,H,Lレベルであり,最下位のDAC4はCLK4=LによりDAC4=Hにセットされ,DAC16が生成する参照電圧Vdacは以下の値となる。
Vdac = Vref/2*1 + Vref/4*1 + Vref/8*0 + Vref/16*1 = 13Vref/16 ・・・(4)
図5によると,Vin > Vdac=13Vref/16なので比較器COMP4の出力(判定結果)はOP4=H, OM4=Lとなる。比較器COMP4の判定終了後,EORゲートEOR4の出力の立ち上がりエッジで比較器COMP4の判定結果がフリップフロップDFF4によって保持され,後段の4ビットレジスタ回路に出力される。最下位ビットのD4はHに決定される(D4=H)。
At time T5 in FIG. 4, when the output of the OR gate OR3 changes from H level to L level, the state control signal that is the internal clock becomes CLK4 = L, and the comparator COMP4 starts to determine the least significant bit LSB. The At this time, the digital input signals DAC1,2,3 of the DAC circuit are at the H, H, L level based on the determination results DOUT1, 2, 3, and the lowest DAC4 is set to DAC4 = H by CLK4 = L. The reference voltage Vdac generated by is the following value.
Vdac = Vref / 2 * 1 + Vref / 4 * 1 + Vref / 8 * 0 + Vref / 16 * 1 = 13Vref / 16 (4)
According to FIG. 5, since Vin> Vdac = 13Vref / 16, the output (determination result) of the comparator COMP4 is OP4 = H and OM4 = L. After completion of the determination of the comparator COMP4, the determination result of the comparator COMP4 is held by the flip-flop DFF4 at the rising edge of the output of the EOR gate EOR4, and is output to the subsequent 4-bit register circuit. The least significant bit D4 is determined to be H (D4 = H).

全ビットの判定が終了すると,外部クロックECLKがHレベルに変化し,各比較ユニット内のフリップフロップDFF-4がラッチしている判定結果DOUT1-4が,内部クロックCLK1(=ECLK)のHレベルへの立ち上がりエッジで,4ビットレジスタ14−1にラッチされる。AD変換終了後,外部クロック信号ECLKがHレベルになることにより,再び図4の時間T1の状態に戻る。図4の時間T1〜T4の動作を繰り返すことにより,外部クロックECLKに同期したAD変換動作が繰り返される。   When all bits have been judged, the external clock ECLK changes to H level, and the judgment result DOUT1-4 latched by the flip-flop DFF-4 in each comparison unit becomes the H level of the internal clock CLK1 (= ECLK). At the rising edge, the data is latched in the 4-bit register 14-1. After the AD conversion is completed, the external clock signal ECLK becomes H level, so that the state again returns to the time T1 in FIG. By repeating the operation from time T1 to time T4 in FIG. 4, the AD conversion operation synchronized with the external clock ECLK is repeated.

上記の第1の実施の形態によれば,4つの比較ユニット内の比較器COMP1-4がリセット状態から,順次判定状態にされ,最上位から最下位ビットまでバイナリ探索により4ビットのデジタル信号DOUT1-4が順次,外部クロックECLKに非同期でかつ逐次的に判定される。従って,1つの比較器を4回使用する場合に比較して,比較器をリセット動作に戻すことが不要であるので,短時間で4ビットのデジタル信号の判定を完了することができる。したがって,外部クロックECLKの周波数を高くしてもAD変換器は追従することができる。   According to the first embodiment, the comparators COMP1-4 in the four comparison units are sequentially changed from the reset state to the determination state, and the 4-bit digital signal DOUT1 is obtained by binary search from the most significant bit to the least significant bit. -4 is sequentially determined asynchronously and sequentially to the external clock ECLK. Therefore, as compared with the case where one comparator is used four times, it is not necessary to return the comparator to the reset operation, so that the determination of the 4-bit digital signal can be completed in a short time. Therefore, the AD converter can follow even if the frequency of the external clock ECLK is increased.

[第2の実施の形態]
第2の実施の形態では,第1の実施の形態のAD変換器において,比較器COMP1-4がそれぞれ判定動作を完了した後に,その比較器をパワーダウン状態にして,消費電流を省電力化する。
[Second Embodiment]
In the second embodiment, in the AD converter according to the first embodiment, after each of the comparators COMP1-4 completes the determination operation, the comparators are put into a power-down state to reduce power consumption. To do.

図6は,第2の実施の形態におけるAD変換器の回路図である。図1の第1の実施の形態と異なる構成は,各比較ユニットCU1-4内の比較器COMP1-4が,リセット状態,判定状態に加えてイネーブル状態とディセーブル状態(動作状態と動作停止状態)とを有することと,インバータINV1-4の出力が,イネーブル信号EN1-4として各比較器COMP1-4に入力される構成である。   FIG. 6 is a circuit diagram of the AD converter according to the second embodiment. The configuration different from the first embodiment of FIG. 1 is that the comparators COMP1-4 in each comparison unit CU1-4 have an enable state and a disable state (operation state and operation stop state) in addition to the reset state and determination state. ) And the output of the inverter INV1-4 is input to each comparator COMP1-4 as the enable signal EN1-4.

比較器COMP1-4は,イネーブル信号EN1-4がHレベルのとき,状態制御信号CLK1-4のHレベルに応答して判定動作を行い,イネーブル信号EN1-4がLレベルになると,状態制御信号CLK1-4のレベルにかかわらず動作停止状態になり,貫通電流が流れないパワーダウン状態にされる。従って,各比較器COMP1-4は,初期状態でリセット状態になり電流を消費せず,判定状態になると判定動作により電流を消費し,判定動作後に動作停止状態になり再び電流を消費しない。つまり,省電力化を図ることができる。   The comparators COMP1-4 perform a determination operation in response to the H level of the state control signal CLK1-4 when the enable signal EN1-4 is at the H level. When the enable signal EN1-4 becomes the L level, the state control signal Regardless of the level of CLK1-4, the operation is stopped and a power-down state is achieved in which no through current flows. Therefore, each comparator COMP1-4 is reset in the initial state and does not consume current. When it enters the judgment state, it consumes current by the judgment operation, and after the judgment operation, it is stopped and does not consume current again. That is, power saving can be achieved.

図7は,第2の実施の形態における比較器COMP1-4の回路図である。図2の比較器の回路と異なる構成は,電流源トランジスタN9のゲートに状態制御信号/CLKとイネーブル信号ENとを入力するANDゲート20が設けられていることである。それ以外は,図2と同じである。   FIG. 7 is a circuit diagram of the comparators COMP1-4 in the second embodiment. A configuration different from the circuit of the comparator of FIG. 2 is that an AND gate 20 for inputting the state control signal / CLK and the enable signal EN is provided at the gate of the current source transistor N9. The rest is the same as FIG.

この構成により,状態制御信号/CLKがLレベル(CLK=H)でリセット状態になり出力対OP,OMが共にVDDレベル(Hレベル)にされ,/CLK=H(CLK=L)で且つEN=Hで判定状態になり,状態制御信号/CLK=Hのままイネーブル信号EN=LでANDゲート20の出力がLレベルになり,トランジスタN9が非導通になり貫通電流がなくなりパワーダウン状態になる。その後,再び状態制御信号/CLK=Lレベルになると,トランジスタP3,P4が導通して,出力対OP,OMをVDDレベルに引き上げてリセット状態になる。   With this configuration, the state control signal / CLK is reset at the L level (CLK = H), the output pair OP, OM is both set to the VDD level (H level), / CLK = H (CLK = L) and EN = H, the judgment state is entered, the output of the AND gate 20 becomes L level when the enable signal EN = L with the state control signal / CLK = H, the transistor N9 becomes non-conductive, the through current is eliminated, and the power down state is entered. . Thereafter, when the state control signal / CLK = L level again, the transistors P3 and P4 become conductive, and the output pair OP and OM are pulled up to the VDD level to be in a reset state.

図8は,第2の実施の形態におけるAD変換器の動作を示す図である。この動作は,第1の実施の形態と同様に,図5のアナログ入力信号Vinが入力された場合の動作である。従って,各比較ユニットCU1-4が,外部クロックECLKのHレベルからLレベルへの変化に応答して,最上位ビットから最下位ビットまでの判定動作を逐次行うのは,第1の実施の形態と同じである。   FIG. 8 is a diagram illustrating the operation of the AD converter according to the second embodiment. This operation is the operation when the analog input signal Vin of FIG. 5 is input, as in the first embodiment. Accordingly, each of the comparison units CU1-4 sequentially performs the determination operation from the most significant bit to the least significant bit in response to the change of the external clock ECLK from the H level to the L level. Is the same.

ただし,第2の実施の形態の場合は,各比較ユニットCU1-4において比較器COMP1-4が比較動作を完了した後,対応するインバータINV1-4の出力がHレベルからLレベルに立ち下がることで,その比較器が動作停止状態になる。つまり,比較器の電流源トランジスタN9がオフになりパワーダウン状態になる。このパワーダウン状態はそのAD変換が完了するまで維持される。これが第1の実施の形態と異なる動作である。   However, in the case of the second embodiment, after the comparator COMP1-4 completes the comparison operation in each comparison unit CU1-4, the output of the corresponding inverter INV1-4 falls from the H level to the L level. Thus, the comparator is stopped. In other words, the current source transistor N9 of the comparator is turned off and enters a power down state. This power-down state is maintained until the AD conversion is completed. This is an operation different from that of the first embodiment.

すなわち,図8において,時間T2では,比較器COMP1が状態制御信号CLK1のLレベルに応答して比較動作を行った後,EORゲートEOR1の出力がHレベルに,インバータINV1の出力がLレベルになり,動作状態の比較器COMP1が動作停止状態(パワーダウン状態)になる。同様に,時間T3,T4,T5においても,それぞれの比較器COMP2,3,4が状態制御信号CLK2,3,4のLレベルに応答して比較動作を行った後,インバータINV2,3,4の出力がLレベルになり,イネーブル信号EN2,3,4がLレベルになり,比較器は動作状態から動作停止状態(パワーダウン状態)になる。これにより,比較器COMP1,2,3,4が比較動作を完了して比較結果が後段のフリップフロップDFF1,2,3,4にラッチされた後は,各比較器はパワーダウン状態にされるので,無駄に電流を消費することが防止される。   That is, in FIG. 8, at time T2, after the comparator COMP1 performs a comparison operation in response to the L level of the state control signal CLK1, the output of the EOR gate EOR1 becomes H level and the output of the inverter INV1 becomes L level. Therefore, the comparator COMP1 in the operating state is stopped (powered down). Similarly, at time T3, T4, and T5, the comparators COMP2, 3, and 4 perform the comparison operation in response to the L level of the state control signals CLK2, 3, 4, and then the inverters INV2, 3, 4, Becomes the L level, the enable signals EN2, 3, and 4 become the L level, and the comparator changes from the operating state to the operation stopped state (power down state). As a result, after the comparators COMP1, 2, 3, and 4 complete the comparison operation and the comparison result is latched in the flip-flops DFF1, 2, 3, and 4 in the subsequent stage, each comparator is put into a power-down state. Therefore, wasteful current consumption is prevented.

[第3の実施の形態]
第1,第2の実施の形態では,4ビットのデジタル出力信号を生成するために,4つの比較ユニットCU1-4を設けている。デジタル出力信号のビット数を4ビットより多くしてデジタル出力の分解能を高くするためには,比較ユニットCUの数をビット数に対応して増やすことが要求される。それでは回路規模が大きくなり好ましくない。
[Third Embodiment]
In the first and second embodiments, four comparison units CU1-4 are provided to generate a 4-bit digital output signal. In order to increase the digital output resolution by increasing the number of bits of the digital output signal to more than 4 bits, it is required to increase the number of comparison units CU corresponding to the number of bits. This undesirably increases the circuit scale.

そこで,第3の実施の形態におけるAD変換器では,複数の比較ユニットによる4ビットの逐次比較動作を,複数回繰り返すことで,4ビットより多くのビット数,例えば8ビット,12ビット,16ビットなどのデジタル出力信号に変換する。   Therefore, in the AD converter according to the third embodiment, the number of bits larger than 4 bits, for example, 8 bits, 12 bits, and 16 bits, can be obtained by repeating the 4-bit sequential comparison operation by a plurality of comparison units a plurality of times. Convert to digital output signal.

図9は,第3の実施の形態における8ビットのAD変換器の回路図である。図1に示した第1の実施の形態のAD変換器と同様に,アナログ入力信号Vinをトラックホールドするトラックアンドホールド回路10と,ホールドしたアナログ入力信号Vin_thを参照電圧Vdacと比較する4段の比較ユニットCU1-4と,各比較ユニットの比較結果DOUT1-4をラッチし,比較結果に応じてデジタル信号DAC1-8を生成する論理回路14と,デジタル信号DAC1-8をアナログの参照電圧Vdacに変換するDA変換器16とを有する。第3の実施の形態の比較器は第1の実施の形態と同じ回路である。   FIG. 9 is a circuit diagram of an 8-bit AD converter according to the third embodiment. Similar to the AD converter of the first embodiment shown in FIG. 1, a track-and-hold circuit 10 that tracks and holds the analog input signal Vin and a four-stage circuit that compares the held analog input signal Vin_th with the reference voltage Vdac. The comparison unit CU1-4, the comparison result DOUT1-4 of each comparison unit are latched, the logic circuit 14 that generates the digital signal DAC1-8 according to the comparison result, and the digital signal DAC1-8 to the analog reference voltage Vdac And a DA converter 16 for conversion. The comparator of the third embodiment is the same circuit as that of the first embodiment.

そして,第1の実施の形態と異なり,第3の実施の形態のAD変換器は,4ビットの比較動作を2回繰り返すために,3ビットシフトレジスタ32と,内部クロック制御回路(制御信号制御回路)30とを有する。さらに,論理回路14は,8ビットの比較結果をラッチする8ビットレジスタを有し,8ビットのデジタル信号DAC1-8を生成する。これが,第1の実施の形態のAD変換器と異なる。   Unlike the first embodiment, the AD converter of the third embodiment has a 3-bit shift register 32 and an internal clock control circuit (control signal control) in order to repeat the 4-bit comparison operation twice. Circuit) 30. Further, the logic circuit 14 has an 8-bit register that latches an 8-bit comparison result, and generates an 8-bit digital signal DAC1-8. This is different from the AD converter of the first embodiment.

図10は,3ビットシフトレジスタ32の回路図である。その動作波形図は後述の図13に示される。3ビットシフトレジスタ32は,外部クロックECLKと,1段目の比較ユニットCU1内のEORゲートEOR1の出力EOR1_Oと,4段目の比較ユニットCU4内のEORゲートEOR4の出力EOR4_Oとにより,制御信号CONT1,2,3を順番にLレベルからHレベルに制御する。   FIG. 10 is a circuit diagram of the 3-bit shift register 32. The operation waveform diagram is shown in FIG. The 3-bit shift register 32 controls the control signal CONT1 based on the external clock ECLK, the output EOR1_O of the EOR gate EOR1 in the first-stage comparison unit CU1, and the output EOR4_O of the EOR gate EOR4 in the fourth-stage comparison unit CU4. , 2,3 are controlled in order from L level to H level.

すなわち,図10の回路図は,3つのフリップフロップ321,322,323からなり,初段のフリップフロップ321には反転外部クロック/ECLKがデータ入力され,2,3段目のフリップフロップ322,323には,前段のフリップフロップの出力Qがデータ入力される。また,それらのフリップフロップは,外部クロックECLKがHレベルになるとリセットされ出力QがLレベルになる。そして,EOR1_Oの立ち上がりエッジに応答して初段フリップフロップ321がデータ入力Dを取り込み,EOR4_Oの立ち上がりエッジに応答して2段目,3段目のフリップフロップが前段のフリップフロップの出力Qをデータ入力Dとして取り込む。   That is, the circuit diagram of FIG. 10 includes three flip-flops 321, 322, and 323. The inverted flip-flop / ECLK is input to the first flip-flop 321 and the flip-flops 322 and 323 in the second and third stages receive data. The data is input to the output Q of the preceding flip-flop. These flip-flops are reset when the external clock ECLK becomes H level and the output Q becomes L level. In response to the rising edge of EOR1_O, the first stage flip-flop 321 fetches the data input D, and in response to the rising edge of EOR4_O, the second and third stage flip-flops input the output Q of the preceding flip-flop as data. Import as D.

図13の動作波形図に示されるとおり,外部クロックECLKのHレベルにより3つのフリップフロップは全てリセットされ,それらの出力である制御信号CNT1,2,3は全てLレベルになる。4段の比較ユニットCU1-4が逐次比較動作を開始すると,最初に初段の比較ユニットCU1のEORゲートの出力EOR1_Oの立ち上がりに応答して,フリップフロップ321が反転外部クロック/ECLKのHレベルをラッチし,制御信号CNT1がHレベルになる。さらに,4段目の比較ユニットCU4内のEORゲートの出力EOR4_Oの立ち上がりに応答して,フリップフロップ322が制御信号CNT1=Hをラッチし,制御信号CNT2がHレベルになる。これで一周目の4ビットの比較動作が完了する。   As shown in the operation waveform diagram of FIG. 13, all three flip-flops are reset by the high level of the external clock ECLK, and the control signals CNT1, 2, and 3 that are their outputs all become the L level. When the four-stage comparison unit CU1-4 starts the successive approximation operation, the flip-flop 321 first latches the H level of the inverted external clock / ECLK in response to the rise of the output EOR1_O of the EOR gate of the first-stage comparison unit CU1. Then, the control signal CNT1 becomes H level. Further, in response to the rise of the output EOR4_O of the EOR gate in the fourth-stage comparison unit CU4, the flip-flop 322 latches the control signal CNT1 = H, and the control signal CNT2 becomes H level. This completes the 4-bit comparison operation in the first round.

そして,二周目の4ビットの比較動作中に,再度4段目の比較ユニットCU4内のEORゲートの出力EOR4_Oの立ち上がりに応答して,フリップフロップ323が制御信号CNT2=Hをラッチし,制御信号CNT3がHレベルになる。そして,最後に,外部クロックECLKがHレベルになると,再度全フリップフロップがリセットされ,制御信号CNT1,2,3が全てLレベルになる。   Then, during the 4-bit comparison operation in the second round, the flip-flop 323 latches the control signal CNT2 = H in response to the rise of the output EOR4_O of the EOR gate in the fourth-stage comparison unit CU4, Signal CNT3 goes high. Finally, when the external clock ECLK becomes H level, all flip-flops are reset again, and the control signals CNT1, 2, 3 all become L level.

上記の制御信号CNT1,2,3では,一周目のAD変換での最上位ビットの比較動作が完了した時点で制御信号CNT1がHレベルになり,一周目のAD変換での4ビット目の比較動作が完了した時点で制御信号CNT2がHレベルになり,二週目のAD変換での4ビット目の比較動作が完了した時点で制御信号CNT3がHレベルなる。このような制御信号に応答して,内部クロック制御回路30が内部クロックである状態制御信号CLK1を制御する。   In the above control signals CNT1, 2, and 3, when the comparison operation of the most significant bit in the first round AD conversion is completed, the control signal CNT1 becomes H level, and the fourth bit comparison in the first round AD conversion is performed. The control signal CNT2 becomes H level when the operation is completed, and the control signal CNT3 becomes H level when the comparison operation of the fourth bit in the AD conversion of the second week is completed. In response to such a control signal, the internal clock control circuit 30 controls the state control signal CLK1, which is an internal clock.

図11は,内部クロック制御回路30の回路図である。内部クロック制御回路30は,制御信号CNT1,2,3と2段目の比較ユニットのEORゲートの出力EOR2_Oとで,初段の内部クロックである状態制御信号CLK1を制御する。具体的には,外部クロックECLK=Hの間は,NORゲート305により状態制御信号CLK1はHレベルにされ,外部クロックECLK=Lの間は,3つのANDゲート301−303のいずれかがHレベルを出力すればNORゲート304がLレベルを出力して状態制御信号CLK1がLレベルにされ,ANDゲートが全てLレベルを出力すればNORゲート304がHレベルを出力して状態制御信号CLK1がHレベルにされる。その制御は,図13に示されるとおりである。   FIG. 11 is a circuit diagram of the internal clock control circuit 30. The internal clock control circuit 30 controls the state control signal CLK1, which is the internal clock of the first stage, using the control signals CNT1, 2, 3 and the output EOR2_O of the EOR gate of the second stage comparison unit. Specifically, during the external clock ECLK = H, the state control signal CLK1 is set to the H level by the NOR gate 305, and any of the three AND gates 301 to 303 is set to the H level during the external clock ECLK = L. Is output, the NOR gate 304 outputs an L level and the state control signal CLK1 is set to an L level. If all AND gates output an L level, the NOR gate 304 outputs an H level and the state control signal CLK1 is set to an H level. To the level. The control is as shown in FIG.

図12は,論理回路14の回路図である。第3の実施の形態における論理回路14は,8ビットレジスタ14−1と,参照電圧を生成するデジタル信号DAC1-8を生成するSAR論理回路14−2とを有する。   FIG. 12 is a circuit diagram of the logic circuit 14. The logic circuit 14 in the third embodiment includes an 8-bit register 14-1 and a SAR logic circuit 14-2 that generates a digital signal DAC1-8 that generates a reference voltage.

8ビットレジスタ14−1は,上位側の4ビットのレジスタRG1-4が,一周目のDA変換が完了するタイミングで生成される制御信号CNT1の立ち上がりエッジに応答して,4つの比較ユニットCU1-4の判定結果DOUT1-4をラッチする。さらに,下位側の4ビットのレジスタRG5-8が,二周目のDA変換が完了するタイミングで生成される制御信号CNT3の立ち上がりエッジに応答して,4つの比較ユニットCU1-4の判定結果DOUT1-4をラッチする。   The 8-bit register 14-1 includes four comparison units CU1- in response to the rising edge of the control signal CNT1 generated when the upper 4-bit register RG1-4 completes the first round of DA conversion. Latch 4 judgment result DOUT1-4. Further, the lower 4-bit register RG5-8 responds to the rising edge of the control signal CNT3 generated at the completion of the second round of DA conversion, and the determination results DOUT1 of the four comparison units CU1-4 Latch -4.

SAR論理回路14−2は,図3のSAR論理回路14−2と同様である。すなわち,SAR論理回路14−2は,上位側の4ビットの判定動作中の参照電圧を生成するためのデジタル信号DAC1-4を生成する回路14−2(1)と,下位側の4ビットの判定動作中の参照電圧を生成するためのデジタル信号DAC5-8を生成する回路14−2(2)とを有する。上位側の回路14−2(1)は,一周目のAD変換動作中にLレベルになる制御信号CNT2=Lの反転信号/CNT2=Hにより,初段のANDゲートが内部クロックCLK1-4に応じて動作する。この動作は,図3と同じである。さらに,下位側の回路14−2(2)は,二周目のAD変換動作中にHレベルになる制御信号CNT2のCNT2=Hにより,初段のANDゲートが内部クロックCLK1-4に応じて動作する。この動作も,図3と同じである。   The SAR logic circuit 14-2 is the same as the SAR logic circuit 14-2 of FIG. In other words, the SAR logic circuit 14-2 includes a circuit 14-2 (1) for generating a digital signal DAC1-4 for generating a reference voltage during the determination operation of the upper 4 bits and a lower 4 bits. A circuit 14-2 (2) for generating a digital signal DAC5-8 for generating a reference voltage during the determination operation. The upper circuit 14-2 (1) causes the AND gate of the first stage to respond to the internal clock CLK1-4 by the control signal CNT2 = L inverted signal / CNT2 = H that becomes L level during the first AD conversion operation. Works. This operation is the same as in FIG. Furthermore, in the lower circuit 14-2 (2), the first AND gate operates according to the internal clock CLK1-4 by CNT2 = H of the control signal CNT2 which becomes H level during the second round AD conversion operation. To do. This operation is also the same as in FIG.

図13は,第3の実施の形態におけるAD変換器の動作波形図である。時間T1がトラッキング期間,時間T2-T5が一周目のAD変換動作期間,時間T6-T9が二周目のAD変換動作期間である。以下,その動作を詳述する。   FIG. 13 is an operation waveform diagram of the AD converter according to the third embodiment. Time T1 is the tracking period, time T2-T5 is the first AD conversion operation period, and time T6-T9 is the second AD conversion operation period. The operation will be described in detail below.

一周目のAD変換動作
時間T1において,外部クロックECLKはHレベルであり,トラックアンドホールド回路10がアナログ入力Vinをトラッキング(またはサンプリング)し,Vin = Vin_thとなる。この時,ORゲートOR1-4により内部クロックCLK1〜4は全てHレベルとなり,各比較器COMP1〜4はリセット状態となる。
At the first round AD conversion operation time T1, the external clock ECLK is at the H level, the track and hold circuit 10 tracks (or samples) the analog input Vin, and Vin = Vin_th. At this time, the internal clocks CLK1 to CLK4 are all set to H level by the OR gate OR1-4, and the comparators COMP1 to COMP4 are reset.

時間T2では,時間T1で外部クロックECLKがLレベルに変化し,内部クロック制御回路30のANDゲート301の出力がHレベルであるので,内部クロック制御回路30の出力はCLK1 = Lとなっており,比較器COMP1は最上位ビット(MSB)の判定を開始する。この時,8bit SAR 論理回路14−2から出力されるDAC回路16のデジタル入力信号DAC1は,/CLK1=H,CLK2=H,/CNT2=Hにより,DAC1=Hに,それ以外の下位ビットDAC2-8はLにセットされる。   At time T2, the external clock ECLK changes to L level at time T1, and the output of the AND gate 301 of the internal clock control circuit 30 is at H level, so the output of the internal clock control circuit 30 is CLK1 = L. The comparator COMP1 starts to determine the most significant bit (MSB). At this time, the digital input signal DAC1 of the DAC circuit 16 output from the 8-bit SAR logic circuit 14-2 is changed to DAC1 = H by / CLK1 = H, CLK2 = H, / CNT2 = H, and other lower bit DAC2 -8 is set to L.

比較器COMP1によりアナログ入力Vin_th と 参照Vdacの比較動作が行われ,判定結果を出力対OP1,OM1に出力する。但し,内部クロックCLK2〜4 = Hのため他の比較器COMP2〜4はリセット状態にある。   The comparator COMP1 compares the analog input Vin_th with the reference Vdac, and outputs the judgment result to the output pair OP1 and OM1. However, since the internal clocks CLK2 to 4 = H, the other comparators COMP2 to COMP4 are in a reset state.

比較器COMP1の判定終了後,EORゲートEOR1の出力EOR1_Oの立ち上がりエッジで比較器COMP1の判定結果がフリップフロップDFF1によって保持され,後段の8ビットレジスタ回路14−1に出力され,最上位ビットMSB(D1)が決定する。そして,時間T2では,EORゲートEOR1の出力EOR1_O=Hが3bitシフトレジスタ回路32に入力され,制御信号CNT1=Hとなる。この時,制御信号CNT1,2,3は,H,L,Lになる。これによりANDゲート301の出力はLレベルになるが,ANDゲート302の出力はHレベルになり,CLK1=Lは維持される。   After completion of the determination of the comparator COMP1, the determination result of the comparator COMP1 is held by the flip-flop DFF1 at the rising edge of the output EOR1_O of the EOR gate EOR1, and is output to the subsequent 8-bit register circuit 14-1, and the most significant bit MSB ( D1) is determined. At time T2, the output EOR1_O = H of the EOR gate EOR1 is input to the 3-bit shift register circuit 32, and the control signal CNT1 = H. At this time, the control signals CNT1, 2, 3 become H, L, L. As a result, the output of the AND gate 301 becomes L level, but the output of the AND gate 302 becomes H level, and CLK1 = L is maintained.

時間T3において,ORゲートOR1の出力がHレベルからLレベルに変化することにより,内部クロックである状態制御信号がCLK2=Lとなり,比較器COMP2が2ビット目の判定を開始する。この時,DAC回路16の1ビット目のデジタル入力信号DAC1は,最上位ビットCOUT1に応じたレベルになり,2ビット目のデジタル入力信号DAC2は/CLK2=H,CLK3=H,/CNT2=HによりHレベルになり,それ以外の下位ビットDAC3-8はLレベルにセットされる。   At time T3, when the output of the OR gate OR1 changes from the H level to the L level, the state control signal that is the internal clock becomes CLK2 = L, and the comparator COMP2 starts the determination of the second bit. At this time, the first bit digital input signal DAC1 of the DAC circuit 16 is at a level corresponding to the most significant bit COUT1, and the second bit digital input signal DAC2 is / CLK2 = H, CLK3 = H, / CNT2 = H. As a result, it becomes H level and the other lower bits DAC3-8 are set to L level.

比較器COMP2によりアナログ入力Vin_th と 参照電圧Vdacの比較動作が行われ,判定結果を出力対OP2,OM2に出力する。但し,内部クロックCLK3〜4=Hのため比較器COMP3〜4はリセット状態である。   Comparator COMP2 compares analog input Vin_th with reference voltage Vdac, and outputs the judgment result to output pair OP2 and OM2. However, since the internal clocks CLK3 to 4 = H, the comparators COMP3 to COMP4 are in a reset state.

比較器COMP2の判定終了後,EORゲートEOR2の出力EOR2_Oの立ち上がりエッジで比較器COMP2の判定結果がフリップフロップDFF2によって保持され,後段の8ビットレジスタ回路14−1に出力され,2ビット目が決定する。同時にEORゲートEOR2の出力EOR2_Oが立ち上がり,内部クロック制御回路30に入力され,ANDゲート302の出力がHからLレベルになり,内部クロックはCLK1=Hになる。   After completion of the determination of the comparator COMP2, the determination result of the comparator COMP2 is held by the flip-flop DFF2 at the rising edge of the output EOR2_O of the EOR gate EOR2, and is output to the subsequent 8-bit register circuit 14-1 to determine the second bit To do. At the same time, the output EOR2_O of the EOR gate EOR2 rises and is input to the internal clock control circuit 30, the output of the AND gate 302 changes from H to L level, and the internal clock becomes CLK1 = H.

時間T4において,ORゲートOR2の出力がHからLに変化することにより,内部クロックCLK3=Lとなり,比較器COMP3が3ビット目の判定を開始する。同時に,時間T3での内部クロックCLK1のLからHへの変化により,比較器COMP1でリセット動作が開始される。この時,DAC回路16の1,2ビット目のデジタル入力信号DAC1,2は,判定結果に依存したレベルになり,3ビット目DAC3は/CLK3=H,CLK4=H,/CNT2=HによりHレベルになり,それ以外の下位ビットDAC4-8はLレベルにセットされる。   At time T4, when the output of the OR gate OR2 changes from H to L, the internal clock CLK3 = L, and the comparator COMP3 starts the determination of the third bit. At the same time, the reset operation is started in the comparator COMP1 due to the change of the internal clock CLK1 from L to H at time T3. At this time, the 1st and 2nd bit digital input signals DAC1 and 2 of the DAC circuit 16 are at a level depending on the determination result, and the 3rd bit DAC3 is H when / CLK3 = H, CLK4 = H, and / CNT2 = H. Level, and the other lower bits DAC4-8 are set to L level.

そして,比較器COMP3がアナログ入力Vin_thと参照電圧Vdacの比較動作を行い,判定結果を出力対OP3,OM3に出力する。但し,内部クロックCLK4=Hのため比較器COMP4はリセット状態にある。比較器COMP3の判定終了後,EORゲートEOR3の出力の立ち上がりエッジで比較器COMP3の判定結果がフリップフロップDFF3によって保持され,後段の8ビットレジスタ回路に出力される。   Then, the comparator COMP3 compares the analog input Vin_th with the reference voltage Vdac, and outputs the determination result to the output pair OP3, OM3. However, because the internal clock CLK4 = H, the comparator COMP4 is in a reset state. After completion of the determination of the comparator COMP3, the determination result of the comparator COMP3 is held by the flip-flop DFF3 at the rising edge of the output of the EOR gate EOR3 and is output to the subsequent 8-bit register circuit.

次に,時間T5において,ORゲートOR3の出力がHからLに変化することにより,内部クロックCLK4=Lとなり,比較器COMP4が4ビット目の判定を開始する。同時に,内部クロックCLK2がHからLに変化し,2段目の比較器COMP2のリセット動作が開始される。この時,DAC回路16が/CLK4=Hにより4ビット目のデジタル入力信号DAC4がHにセットされる。上位3ビットDAC1-3は,それぞれの判定結果DOUT1-3によるレベルであり,下位4ビットDAC5-8はLレベルのままである。そして,比較器COMP4が入力Vin_thと参照電圧Vdacの比較動作が行われ,判定結果を出力対OP4,OM4に出力する。   Next, at time T5, the output of the OR gate OR3 changes from H to L, whereby the internal clock CLK4 = L, and the comparator COMP4 starts the determination of the fourth bit. At the same time, the internal clock CLK2 changes from H to L, and the reset operation of the second-stage comparator COMP2 is started. At this time, the DAC circuit 16 sets the fourth bit digital input signal DAC4 to H by / CLK4 = H. The upper 3 bits DAC1-3 are at the level according to the respective determination results DOUT1-3, and the lower 4 bits DAC5-8 remain at the L level. The comparator COMP4 compares the input Vin_th with the reference voltage Vdac, and outputs the determination result to the output pair OP4, OM4.

比較器COMP4の判定終了後,EORゲートEOR4の出力EOR4_Oの立ち上がりエッジで比較器COMP4の判定結果がフリップフロップDFF4によって保持され,後段の8ビットレジスタ回路14−1に出力される。   After completion of the determination of the comparator COMP4, the determination result of the comparator COMP4 is held by the flip-flop DFF4 at the rising edge of the output EOR4_O of the EOR gate EOR4, and is output to the subsequent 8-bit register circuit 14-1.

また,フリップフロップDFF4によって判定結果が保持された後,EORゲートEOR4の出力EOR4_OがLからHレベルに変化することにより,3bitシフトレジスタ回路32から制御信号CNT2=Hが出力される。で,一周目のAD変換動作が完了し,2周目のAD変換動作に移る。   Further, after the determination result is held by the flip-flop DFF4, the output signal EOR4_O of the EOR gate EOR4 changes from L to H level, so that the control signal CNT2 = H is output from the 3-bit shift register circuit 32. Thus, the AD conversion operation for the first round is completed, and the AD conversion operation for the second round is started.

二周目のAD変換動作
二周目のAD変換動作では,時間T6にて,制御信号CNT2=Hが内部クロック制御回路(状態制御信号制御回路)30に入力されることにより,ANDゲート303の出力がLレベルからHレベルになり内部クロックCLK1が再びLレベルに変化し,比較器COMP1が5bit目の判定を開始する。以降,比較器COMP1〜COMP4が5bit目〜8bit目の比較動作を一周目と同様に順次行い,8bit(LSB)までのAD変換を行う。それが,図13中の時間T6-T9である。
Second AD conversion operation In the second AD conversion operation, the control signal CNT2 = H is input to the internal clock control circuit (state control signal control circuit) 30 at time T6, so that the AND gate 303 The output changes from the L level to the H level, the internal clock CLK1 changes to the L level again, and the comparator COMP1 starts judging the fifth bit. Thereafter, the comparators COMP1 to COMP4 sequentially perform the comparison operation of the 5th to 8th bits in the same manner as in the first round, and perform AD conversion up to 8 bits (LSB). This is time T6-T9 in FIG.

全ビットの変換終了後,EORゲートEOR4の出力EOR4_Oの立ち上がりエッジで制御信号がCNT3=Hになるか,または外部クロックECLKがHレベルになる。その結果,再び時間T1のトラッキングまたはサンプリング状態になる。これで,8ビットのAD変換が完了する。完了後は,内部クロック制御回路30のANDゲート301の出力がHレベルになり,スタンバイ状態になる。   After all bits have been converted, the control signal becomes CNT3 = H or the external clock ECLK becomes H level at the rising edge of the output EOR4_O of the EOR gate EOR4. As a result, the tracking or sampling state at time T1 is entered again. This completes the 8-bit AD conversion. After completion, the output of the AND gate 301 of the internal clock control circuit 30 becomes H level and enters a standby state.

上記の時間T1〜T9の期間の動作を繰り返すことにより,8ビットのAD変換が外部クロックECLKに同期して行われる。ただし,各時間T2-T9での8ビットの判定動作は,外部クロックECLKとは非同期で逐次的に行われる。   By repeating the operation during the period of time T1 to T9, 8-bit AD conversion is performed in synchronization with the external clock ECLK. However, the 8-bit determination operation at each time T2-T9 is sequentially performed asynchronously with the external clock ECLK.

以上の通り,第3の実施の形態では,8ビットの分解能を有するAD変換器を,4つの比較ユニットCU1-4で実現している。4つの比較ユニットによる逐次比較動作を,2回繰り返すことで,8ビットの分解能を有するAD変換器を構成できる。4回繰り返すことで,16ビットの分解能を有するAD変換器を構成できる。しかも,各ビットの比較動作の間に,比較器をリセットする動作を行う必要がないので,8ビットのAD変換に要する時間を短くすることができる。   As described above, in the third embodiment, an AD converter having an 8-bit resolution is realized by the four comparison units CU1-4. An AD converter having an 8-bit resolution can be configured by repeating the successive approximation operation by four comparison units twice. By repeating four times, an AD converter having a resolution of 16 bits can be configured. In addition, since it is not necessary to perform an operation of resetting the comparator during the comparison operation of each bit, the time required for 8-bit AD conversion can be shortened.

図14は,本実施の形態に対応する比較例のAD変換器の構成図である。このAD変換器は,1個の比較器COMPを有し,トラックアンドホールド回路10が保持したアナログ入力Vin_thをDAC回路16が生成する参照電圧Vdacと比較し,比較結果OUTが論理回路14に出力される。   FIG. 14 is a configuration diagram of an AD converter of a comparative example corresponding to the present embodiment. This AD converter has one comparator COMP, compares the analog input Vin_th held by the track and hold circuit 10 with the reference voltage Vdac generated by the DAC circuit 16, and outputs the comparison result OUT to the logic circuit 14. Is done.

図14(B)の動作波形に示されるとおり,外部クロックECLKがLレベルになると内部クロックICLKがH,Lを繰り返す。比較器COMPは,内部クロックICLK=Lでリセット状態Rになり,ICLK=Hで判定状態になる。そして,論理回路14が判定結果と判定対象ビットに応じて4ビットのデジタル信号DAC1-4を生成し,DAC回路がそのデジタル信号に対応した参照電圧Vdacを生成する。したがって,1つの比較器COMPは,内部クロックICLK=Hに応答して4回の判定動作を行い,その判定動作の間でICLK=Lに応答してそれぞれのリセット動作を行う。   As shown in the operation waveform of FIG. 14B, when the external clock ECLK becomes L level, the internal clock ICLK repeats H and L. The comparator COMP enters the reset state R when the internal clock ICLK = L, and enters the determination state when ICLK = H. Then, the logic circuit 14 generates a 4-bit digital signal DAC1-4 according to the determination result and the determination target bit, and the DAC circuit generates a reference voltage Vdac corresponding to the digital signal. Accordingly, one comparator COMP performs the determination operation four times in response to the internal clock ICLK = H, and performs each reset operation in response to ICLK = L during the determination operation.

図15は,第1,第2の実施の形態のAD変換器と比較例のAD変換器とのシミュレーションの比較結果を示す図である。図15において,横軸がAD変換器の分解能,つまりデジタル出力のビット数に対応し,縦軸がAD変換器の最大サンプリング周波数に対応する。最大サンプリング周波数とは,外部クロックECLKの周波数であり,AD変換器が1秒間にアナログ入力信号Vinをデジタル出力信号に変換できる回数である。したがって,この最大サンプリング周波数が高いほど,AD変換器のAD変換時間が短い,つまり高速であることを意味する。   FIG. 15 is a diagram illustrating a simulation comparison result between the AD converters of the first and second embodiments and the AD converter of the comparative example. In FIG. 15, the horizontal axis corresponds to the resolution of the AD converter, that is, the number of bits of the digital output, and the vertical axis corresponds to the maximum sampling frequency of the AD converter. The maximum sampling frequency is the frequency of the external clock ECLK, and is the number of times that the AD converter can convert the analog input signal Vin into a digital output signal per second. Therefore, the higher the maximum sampling frequency, the shorter the AD conversion time of the AD converter, that is, the higher the speed.

図15には,四角の比較例と菱形の第1,第2の実施の形態とが示されている。いずれの例も,AD変換器のデジタル出力のビット数が増えるほど,一回のAD変換に要する時間が長くなるので,サンプリング周波数は低くなっている。ただし,同じデジタル出力ビット数であれば,第1,第2の実施の形態のほうが,判定動作の間に比較器をリセットする必要がないので,一回のAD変換に要する時間が短く,サンプリング周波数は高くなっている。   FIG. 15 shows a square comparative example and diamond-shaped first and second embodiments. In both examples, as the number of bits of the digital output of the AD converter increases, the time required for one AD conversion becomes longer, so the sampling frequency becomes lower. However, if the number of digital output bits is the same, the first and second embodiments do not require resetting the comparator during the judgment operation, so that the time required for one AD conversion is shorter, and sampling is performed. The frequency is high.

シミュレーションの具体的な条件は,以下のとおりである。
比較器のリセット動作時間,判定動作時間は共に1[ns]
外部クロックECLKのデューティ比は25[%]
比較器以外の論理回路14の遅延時間は比較器の動作時間と比較して十分小さい。
The specific conditions for the simulation are as follows.
The comparator reset operation time and judgment operation time are both 1 [ns]
The duty ratio of the external clock ECLK is 25 [%]
The delay time of the logic circuit 14 other than the comparator is sufficiently smaller than the operation time of the comparator.

変換速度の計算式は,以下のとおりである。
(実施例)最大サンプリング周波数 = 1/Ts = 1/(Hw+J*N)
(従来例)最大サンプリング周波数 = 1/Ts = 1/{Hw+J*N+R*(N−1)}
ただし,Ts:外部クロック信号の周期,Hw:外部クロック信号のHレベルの幅,J:比較器の判定動作時間,R:比較器のリセット動作時間,N:AD変換器の分解能である。
The conversion speed is calculated as follows.
(Example) Maximum sampling frequency = 1 / Ts = 1 / (Hw + J * N)
(Conventional example) Maximum sampling frequency = 1 / Ts = 1 / {Hw + J * N + R * (N−1)}
Where Ts is the period of the external clock signal, Hw is the H level width of the external clock signal, J is the judgment operation time of the comparator, R is the reset operation time of the comparator, and N is the resolution of the AD converter.

図15から,本実施の形態は比較例と比較して,最大で約2倍程度,最大AD変換速度(最大サンプリング周波数)を向上させることが可能である。AD変換のビット数,つまり分解能が大きいほど向上率が高くなる傾向にある。一方,第1,第2の実施の形態は,分解能を4ビットとすると,比較例に対して約1.75倍に周波数が向上している。   From FIG. 15, the present embodiment can improve the maximum AD conversion speed (maximum sampling frequency) by about twice as much as that of the comparative example. The improvement rate tends to increase as the number of AD conversion bits, that is, the resolution increases. On the other hand, in the first and second embodiments, when the resolution is 4 bits, the frequency is improved by about 1.75 times that of the comparative example.

以上の通り,本実施の形態のAD変換器によれば,複数の比較ユニットを有し,上位ビットから下位ビットの判定動作を順番に逐次的におこなうことで,AD変換に要する時間を短縮することができる。   As described above, according to the AD converter of this embodiment, the time required for AD conversion is shortened by having a plurality of comparison units and sequentially performing the determination operation from the upper bit to the lower bit. be able to.

以上の実施の形態をまとめると,次の付記のとおりである。   The above embodiment is summarized as follows.

(付記1)
アナログ入力信号をデジタル出力信号に変換するAD変換器であって,
前記アナログ入力信号と参照電圧とを比較して当該比較結果に応じた前記デジタル出力信号の各ビットを順次出力するN段の比較ユニットと,
前記比較ユニットが出力する前記デジタル出力信号の各ビットに基づいて前記参照電圧に対応する参照電圧生成デジタル信号を順次生成する論理回路と,
前記参照電圧生成デジタル信号に基づいて前記参照電圧を生成するDA変換器とを有し,
前記N段の比較ユニットは,それぞれ,前段からの状態制御信号の判定状態に応答してリセット状態から判定状態になる比較器と,前記比較器が前記判定状態で比較結果を出力したときに後段の比較ユニットへの状態制御信号を判定状態にする状態制御信号生成部とを有し,
トリガクロックに応答して,前記N段の比較ユニットの比較器が上位のビットから下位のビットまで順次比較動作を行うAD変換器。
(Appendix 1)
An AD converter that converts an analog input signal into a digital output signal,
An N-stage comparison unit that compares the analog input signal with a reference voltage and sequentially outputs each bit of the digital output signal according to the comparison result;
A logic circuit for sequentially generating a reference voltage generation digital signal corresponding to the reference voltage based on each bit of the digital output signal output by the comparison unit;
A DA converter that generates the reference voltage based on the reference voltage generation digital signal,
Each of the N-stage comparison units includes a comparator that changes from a reset state to a determination state in response to a determination state of the state control signal from the previous stage, and a subsequent stage when the comparator outputs a comparison result in the determination state. A state control signal generation unit for making a state control signal to the comparison unit of
An AD converter in which the comparator of the N-stage comparison unit sequentially performs a comparison operation from an upper bit to a lower bit in response to a trigger clock.

(付記2)
付記1において,
前記N段の比較ユニットの比較器は,全て,初期状態で前記リセット状態に制御され,
前記トリガクロックに応答して,初段の比較ユニットの比較器が前記リセット状態から判定状態に遷移し,
前記N段の比較ユニットの比較器は前記トリガクロックに非同期で順次比較動作をするAD変換器。
(Appendix 2)
In Appendix 1,
All the comparators of the N-stage comparison unit are controlled to the reset state in the initial state,
In response to the trigger clock, the comparator of the first-stage comparison unit transitions from the reset state to the determination state,
The comparator of the N-stage comparison unit is an AD converter that performs a sequential comparison operation asynchronously with the trigger clock.

(付記3)
付記2において,
前記状態制御信号生成部は,前記後段への状態制御信号を前記判定状態にするときに,自段の比較器をパワーダウン状態にするAD変換器。
(Appendix 3)
In Appendix 2,
The state control signal generation unit is an AD converter that puts the comparator of its own stage into a power-down state when the state control signal to the subsequent stage is set to the determination state.

(付記4)
付記2において,
前記N段の比較ユニットが,前記順次比較動作をK回(Kは複数)繰り返すAD変換器。
(Appendix 4)
In Appendix 2,
An AD converter in which the N-stage comparison unit repeats the sequential comparison operation K times (K is a plurality).

(付記5)
付記4において,
さらに,前記トリガクロックに応答して,前記N段の比較ユニットのうち初段の比較ユニットの比較器に前記判定状態の状態制御信号を出力し,さらに,1回目から前記K-1回目の前記順次比較動作では,最終段の比較ユニットの前記比較器が前記判定状態に遷移して比較結果を出力したときに,前記初段の比較ユニットの比較器に前記判定状態の状態制御信号を出力する内部制御信号制御部を有するAD変換器。
(Appendix 5)
In Appendix 4,
Further, in response to the trigger clock, the state control signal of the determination state is output to the comparator of the first-stage comparison unit among the N-stage comparison units, and further, the sequential operation from the first time to the K-1th time is performed. In the comparison operation, when the comparator of the final-stage comparison unit transitions to the determination state and outputs a comparison result, an internal control that outputs a state control signal of the determination state to the comparator of the first-stage comparison unit AD converter with signal controller.

(付記6)
付記5において,
前記N段の比較ユニットの各状態制御信号生成部は,自段の比較器が判定状態になるときに後段への状態制御信号を判定状態にし,自段の比較器がリセット状態になるときに後段への状態制御信号をリセット状態にし,
前記状態制御信号制御部は,さらに,前記初段の比較ユニットの比較器が前記判定状態に遷移して比較結果を出力した後に,前記初段の比較ユニットの比較器への前記状態制御信号をリセット状態にするAD変換器。
(Appendix 6)
In Appendix 5,
Each state control signal generation unit of the N-stage comparison unit sets the state control signal to the subsequent stage when the own comparator enters the determination state, and when the own stage comparator enters the reset state. Reset the state control signal to the subsequent stage,
The state control signal control unit further resets the state control signal to the comparator of the first stage comparison unit after the comparator of the first stage comparison unit transitions to the determination state and outputs a comparison result. AD converter to make.

(付記7)
付記2〜4のいずれかにおいて,
前記トリガクロックは,第1の期間と第2の期間とを有し,
前記トリガクロックの第2の期間では,前記N段の比較ユニットの比較器は,全て,初期状態で前記リセット状態に制御され,前記トリガクロックの前記第2の期間から第1の期間に遷移したことに応答して,初段の比較ユニットの比較器が前記リセット状態から判定状態に遷移するAD変換器。
(Appendix 7)
In any one of supplementary notes 2 to 4,
The trigger clock has a first period and a second period;
In the second period of the trigger clock, all the comparators of the N-stage comparison units are controlled to the reset state in the initial state, and transit from the second period to the first period of the trigger clock. In response, the AD converter in which the comparator of the first-stage comparison unit transitions from the reset state to the determination state.

(付記8)
付記7において,
さらに,前記トリガクロックが第2の期間になるときに,前記N段の比較ユニットの比較器の比較結果を出力する出力レジスタを有するAD変換器。
(Appendix 8)
In Appendix 7,
Further, an AD converter having an output register for outputting a comparison result of the comparator of the N-stage comparison unit when the trigger clock is in the second period.

CU1-4:比較ユニット COMP1-4:比較器
CLK1-4:内部クロック,状態制御信号 ECLK:トリガクロック,外部クロック
10:トラックアンドホールド回路 12:外部クロック発生回路
14:論理回路 16:DAC
Vdac:参照電圧 DAC1-4:参照電圧生成制御信号
CU1-4: Comparison unit COMP1-4: Comparator
CLK1-4: internal clock, state control signal ECLK: trigger clock, external clock 10: track and hold circuit 12: external clock generation circuit 14: logic circuit 16: DAC
Vdac: Reference voltage DAC1-4: Reference voltage generation control signal

Claims (4)

アナログ入力信号をデジタル出力信号に変換するAD変換器であって,
前記アナログ入力信号と参照電圧とを比較して当該比較結果に応じた前記デジタル出力信号の各ビットを順次出力するN段の比較ユニットと,
前記比較ユニットが出力する前記デジタル出力信号の各ビットに基づいて前記参照電圧に対応する参照電圧生成デジタル信号を順次生成する論理回路と,
前記参照電圧生成デジタル信号に基づいて前記参照電圧を生成するDA変換器とを有し,
前記N段は複数段であり,
前記N段の比較ユニットは,それぞれ,前段からの状態制御信号の判定状態に応答してリセット状態から判定状態になる比較器と,前記比較器が前記判定状態で比較結果を出力したときに後段の比較器への状態制御信号を判定状態にすると共に自段の比較器をパワーダウン状態にする状態制御信号生成部とを有し,
トリガクロックに応答して,前記N段の比較ユニットの複数段の比較器が上位のビットから下位のビットまで前記リセット状態,前記判定状態,前記パワーダウン状態に順次遷移しながら順次比較動作を行うAD変換器。
An AD converter that converts an analog input signal into a digital output signal,
An N-stage comparison unit that compares the analog input signal with a reference voltage and sequentially outputs each bit of the digital output signal according to the comparison result;
A logic circuit for sequentially generating a reference voltage generation digital signal corresponding to the reference voltage based on each bit of the digital output signal output by the comparison unit;
A DA converter that generates the reference voltage based on the reference voltage generation digital signal,
The N stages are a plurality of stages,
Each of the N-stage comparison units includes a comparator that changes from a reset state to a determination state in response to a determination state of the state control signal from the previous stage, and a subsequent stage when the comparator outputs a comparison result in the determination state. the comparator of the stage with a state control signal to the comparator to determine the state and a state control signal generator for the power-down state,
In response to a trigger clock, a plurality of comparators of the N-stage comparison unit sequentially perform comparison operations while sequentially transitioning from the upper bit to the lower bit from the reset state, the determination state, and the power-down state. AD converter.
請求項1において,
前記N段の比較ユニットの比較器は,全て,初期状態で前記リセット状態に制御され,
前記トリガクロックに応答して,初段の比較ユニットの比較器が前記リセット状態から判定状態に遷移し,
前記N段の比較ユニットの比較器は前記トリガクロックに非同期で順次比較動作をするAD変換器。
In claim 1,
All the comparators of the N-stage comparison unit are controlled to the reset state in the initial state,
In response to the trigger clock, the comparator of the first-stage comparison unit transitions from the reset state to the determination state,
The comparator of the N-stage comparison unit is an AD converter that performs a sequential comparison operation asynchronously with the trigger clock.
請求項2において,
前記N段の比較ユニットが,前記順次比較動作をK回(Kは複数)繰り返すAD変換器。
In claim 2,
An AD converter in which the N-stage comparison unit repeats the sequential comparison operation K times (K is a plurality).
請求項において,
さらに,前記トリガクロックに応答して,前記N段の比較ユニットのうち初段の比較ユ
ニットの比較器に前記判定状態の状態制御信号を出力し,さらに,1回目から前記K-1回
目の前記順次比較動作では,最終段の比較ユニットの前記比較器が前記判定状態に遷移して比較結果を出力したときに,前記初段の比較ユニットの比較器に前記判定状態の状態制御信号を出力する内部制御信号制御部を有するAD変換器。
In claim 3 ,
Further, in response to the trigger clock, the state control signal of the determination state is output to the comparator of the first-stage comparison unit among the N-stage comparison units, and further, the sequential operation from the first time to the K-1th time is performed. In the comparison operation, when the comparator of the final-stage comparison unit transitions to the determination state and outputs a comparison result, an internal control that outputs a state control signal of the determination state to the comparator of the first-stage comparison unit AD converter with signal controller.
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