JP5758434B2 - ΔΣ A / D converter - Google Patents

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Description

本発明は、ΔΣA/D変調器のマルチビット量子化器に、多数のコンパレータの統計性を用いた確率的A/D変換器を用いたΔΣA/D変換装置に関する。   The present invention relates to a ΔΣ A / D converter using a probabilistic A / D converter using the statistical properties of a large number of comparators in a multi-bit quantizer of a ΔΣ A / D modulator.

近年、情報化社会の発展に伴い無線通信技術に対する要求も高まっている。携帯電話をはじめとする情報通信端末では、更なる高機能化、小型化、低消費電力化が求められており、微細CMOSプロセスが必要不可欠になっている。一方、CMOSプロセスの微細化に伴いデバイスのばらつきは相対的に増加し、それに伴う回路性能の劣化が問題になっている。このためCMOSプロセスの微細化と回路の高精度化の両立が困難になっている。   In recent years, with the development of the information society, the demand for wireless communication technology is also increasing. Information communication terminals such as mobile phones are required to have higher functions, smaller sizes, and lower power consumption, and a fine CMOS process is indispensable. On the other hand, with the miniaturization of the CMOS process, device variations are relatively increased, and the accompanying deterioration in circuit performance is a problem. For this reason, it is difficult to achieve both miniaturization of the CMOS process and high accuracy of the circuit.

一般に電子回路において、雑音やデバイスのばらつきは回路性能を劣化させるものであるが、一方でこのような雑音やばらつきが役に立つケースが存在する。これが確率共鳴現象であり、雑音やばらつきによってしきい値以下の信号が増幅される現象である。電子回路においてこの現象を利用することにより、従来検出できなかった微弱な信号が検出でき、信号処理システムの高分解能化が可能になると考えられる。   Generally, in an electronic circuit, noise and device variations deteriorate circuit performance, but there are cases where such noise and variations are useful. This is a stochastic resonance phenomenon in which a signal below a threshold value is amplified due to noise and variations. By using this phenomenon in an electronic circuit, it is considered that a weak signal that could not be detected in the past can be detected, and the resolution of the signal processing system can be increased.

デバイスのばらつきには統計性があり、その多くはガウス分布に従う。この統計性を積極的に利用することによりしきい値以下の微弱な信号を検出することが可能となり、回路システムの分解能を向上させることができる。   Device variations are statistical and many follow a Gaussian distribution. By making positive use of this statistical property, it becomes possible to detect a weak signal that is equal to or lower than the threshold value, and the resolution of the circuit system can be improved.

例えば、特許文献1においては、内部雑音の統計性に基づいた信号処理を行うことにより、回路内部で大きな雑音を含む場合でも、信号検出を可能とするA/D変換装置が提案されている。当該A/D変換装置では、複数の比較器をアレイ状に並べ、2つのしきい値B,−Bを用い、入力信号がしきい値Bを超えた比較器の数N+と、しきい値−Bを下回った比較器の数N−とから、雑音に埋もれた小さな入力信号波形を推定する。これにより、この装置を通信用受信機に適用することで、A/D変換のダイナミックレンジを大きく向上させることができる。   For example, Patent Document 1 proposes an A / D conversion device that can detect a signal even when a large amount of noise is included inside the circuit by performing signal processing based on statistical properties of internal noise. In the A / D converter, a plurality of comparators are arranged in an array, and two threshold values B and -B are used. The number N + of comparators whose input signals exceed the threshold value B, and threshold values A small input signal waveform buried in noise is estimated from the number N− of comparators that are less than −B. Thereby, the dynamic range of A / D conversion can be greatly improved by applying this apparatus to a communication receiver.

また、非特許文献1では、素子特性ミスマッチを用いた高速サンプリング並列型A/D変換装置の設計方法が提案されている。当該A/D変換装置の性能劣化の問題を解決するために、コンパレータのオフセットを有効に活用し、オフセット以下の信号を検出することができるA/D変換装置を提案している。ここで、オフセットを緩和させるための技術やオフセットをキャンセルするキャリブレーション回路を必要とせず、オフセットの統計性から信号を検出することを確認している。   Non-Patent Document 1 proposes a design method for a high-speed sampling parallel A / D converter using element characteristic mismatch. In order to solve the problem of performance degradation of the A / D converter, an A / D converter that can effectively use the offset of the comparator and detect a signal below the offset is proposed. Here, it is confirmed that a signal is detected from the statistical property of the offset without requiring a technique for reducing the offset or a calibration circuit for canceling the offset.

特開2010−045622号公報JP 2010-045622 A 特開2010−245765号公報JP 2010-245765 A

ハム・ヒョンジュほか,「素子特性ミスマッチを用いた高速サンプリング並列型確率的A−Dコンバータの設計」,電気学会論文誌C(電子・情報・システム部門誌),Vol.131, No.11, pp.1848-1857,2011年11月Ham Hyun-ju et al., "Design of high-speed sampling parallel type stochastic A / D converter using device characteristic mismatch", IEEJ Transactions C (Electronics, Information & Systems Division), Vol.131, No.11, pp .1848-1857, November 2011

しかしながら、特許文献1及び非特許文献1において提案されたA/D変換装置では、多数のコンパレータのアレイを用いた並列構成であるため、そのままではダイナミックレンジの向上が困難であるという問題点があった。   However, since the A / D conversion devices proposed in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 have a parallel configuration using an array of many comparators, there is a problem that it is difficult to improve the dynamic range as it is. It was.

これを克服するために、ΔΣA/D変換装置に応用した場合、D/A変換部のダイナミック・エレメント・マッチング(DEM)の要求性能が厳しくなり、これにより、高精度化のための処理回路が複雑となり、回路が複雑になるとともに、占有面積が増大し、消費電力が増大するという問題点があった。ここで、DEMとは、単位アナログ素子を複数個用いて、アナログ出力に応じてその選択数を変化させ、素子選択を循環的に行うなどでミスマッチを平均化しその影響を低減する手法である(例えば、特許文献2参照)。   In order to overcome this problem, when it is applied to a ΔΣ A / D converter, the required performance of D / A converter dynamic element matching (DEM) becomes strict. As the circuit becomes complicated, the circuit becomes complicated, the occupied area increases, and the power consumption increases. Here, DEM is a method of averaging the mismatch by reducing the influence by using a plurality of unit analog elements, changing the number of selections according to the analog output, and cyclically selecting the elements. For example, see Patent Document 2).

本発明の目的は以上の問題点を解決し、DEMを用いず、従来技術に比較して回路構成が簡単であって高精度で安定してA/D変換できるA/D変換装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an A / D conversion apparatus that solves the above-described problems and does not use a DEM, has a simple circuit configuration compared to the prior art, and can perform A / D conversion stably with high accuracy. There is.

本発明に係るA/D変換装置は、
入力アナログ電圧から、D/A変換手段からのアナログ電圧を減算して、減算結果のアナログ電圧を出力する減算手段と、
上記減算手段からのアナログ電圧を低域通過もしくは帯域通過ろ波して出力するフィルタと、
非線形な入出力特性をそれぞれ有する複数の量子化器を含み、変更可能な複数の量子化レベルを有し、上記フィルタからのアナログ電圧を第1のビットコードのデジタルデータにA/D変換して出力するA/D変換手段と、
上記A/D変換手段からの第1のビットコードのデジタルデータをアナログ電圧にD/A変換して上記減算手段に出力する上記D/A変換手段と、
第1のビットコードのデジタルデータを、上記第1のビットコードのビット数よりも大きいビット数を有する第2のビットコードのデジタルデータに復号化するためのマッピングテーブルを有し、上記第1のビッコードのデジタルデータを上記第2のビットコードのデジタルデータに復号化して出力する復号化手段と、
上記A/D変換手段の複数の量子化レベルと、上記復号化手段のマッピングテーブルのうちの少なくとも一方を、上記D/A変換手段の誤差が最小となるように設定する制御手段とを備え
上記復号化手段は、上記入力アナログ電圧に対して線形に対応した上記第2のビットコードのデジタルデータを得るように上記A/D変換手段の各量子化器の非線形な入出力特性を補正して復号化することを特徴とする。
The A / D converter according to the present invention is
Subtracting means for subtracting the analog voltage from the D / A conversion means from the input analog voltage and outputting the analog voltage of the subtraction result;
A filter that outputs the analog voltage from the subtracting means by low-pass or band-pass filtering;
Including a plurality of quantizers each having nonlinear input / output characteristics, having a plurality of variable quantization levels, and A / D converting the analog voltage from the filter into digital data of a first bit code A / D conversion means for outputting;
The D / A conversion means for D / A converting the digital data of the first bit code from the A / D conversion means into an analog voltage and outputting the analog data to the subtraction means;
A mapping table for decoding digital data of the first bit code into digital data of a second bit code having a number of bits larger than the number of bits of the first bit code; the digital data bits code decoding means and outputting the decoded digital data of the second bit codes,
Control means for setting at least one of the plurality of quantization levels of the A / D conversion means and the mapping table of the decoding means so that the error of the D / A conversion means is minimized ;
The decoding means corrects nonlinear input / output characteristics of each quantizer of the A / D conversion means so as to obtain digital data of the second bit code linearly corresponding to the input analog voltage. And decoding .

上記A/D変換装置において、上記A/D変換手段は、
それぞれ互いに異なるしきい値を有する複数のコンパレータと、当該複数のコンパレータからの各出力信号を加算する加算器を含み、上記フィルタからのアナログ電圧をデジタルデータにA/D変換する並列型確率的A/D変換手段と、
変更可能な複数の量子化レベルを有し、上記並列型確率的A/D変換手段からのデジタルデータをデジタル量子化して所定の第1のビットコードのデジタルデータを出力するデジタル量子化手段とを備えたことを特徴とする。
In the A / D conversion device, the A / D conversion means includes:
A parallel type stochastic A that includes a plurality of comparators each having a different threshold value and an adder that adds output signals from the plurality of comparators, and A / D converts the analog voltage from the filter into digital data / D conversion means;
Digital quantization means having a plurality of changeable quantization levels and digitally quantizing digital data from the parallel stochastic A / D conversion means to output digital data of a predetermined first bit code; It is characterized by having.

また、上記A/D変換装置において、上記制御手段は、所定の基準信号を入力したときに、当該A/D変換装置から出力されるデジタルデータと、上記基準信号を当該A/D変換装置よりも高い精度でA/D変換可能な別のA/D変換器によりA/D変換たときのデジタルデータとの誤差を最小化させることにより、上記D/A変換手段の誤差を最小化させることを特徴とする。 Also, in the A / D converter, said control means, upon inputting a predetermined reference signal, and the digital data output from the A / D converter, the reference signal from the A / D converter by minimizing the error between the digital data when a / D conversion by at even higher precision a / D conversion another a / D converter possible to minimize the error of the D / a converter It is characterized by that.

さらに、上記A/D変換装置において、上記制御手段は、上記デジタル量子化手段の複数の量子化レベルと、上記復号化手段のマッピングテーブルのうちの少なくとも一方を、上記D/A変換手段の誤差が最小となるように適応化することを特徴とする。   Further, in the A / D conversion apparatus, the control means may convert at least one of a plurality of quantization levels of the digital quantization means and a mapping table of the decoding means to an error of the D / A conversion means. It is characterized in that it is adapted so as to minimize.

またさらに、上記A/D変換装置において、上記/D変換手段の複数のコンパレータは、第1のコンパレータ群と、第2のコンパレータ群とに分割されて構成され、
上記第1のコンパレータ群の各しきい値は所定のオフセットの標準偏差に設定され、
上記第2のコンパレータ群の各しきい値は上記オフセットの標準偏差の逆符号の値に設定されることを特徴とする。
Still further, in the A / D conversion device, the plurality of comparators of the A / D conversion means are configured by being divided into a first comparator group and a second comparator group,
Each threshold value of the first comparator group is set to a standard deviation of a predetermined offset,
Each threshold value of the second comparator group is set to a value of an opposite sign of the standard deviation of the offset.

本発明に係るA/D変換装置によれば、以下の効果を有する。
(1)DEMを用いず、従来技術に比較して回路構成が簡単であって高精度で安定してA/D変換できるA/D変換装置を提供できる。これにより、A/D変換装置を低電力化及び小面積化できる。
(2)A/D変換装置において、コンパレータオフセットの統計性を解析して制御し、オフセットレベル以下の信号も検出でき、素子特性ミスマッチの大きい微細プロセスでもダイナミックレンジを確保できる。
(3)高精度ΔΣA/D変換装置の設計効率が向上し、市場要求や製造技術変更への対応が容易となる。
The A / D conversion device according to the present invention has the following effects.
(1) It is possible to provide an A / D converter that does not use a DEM, has a simpler circuit configuration than the prior art, and can perform A / D conversion stably with high accuracy. As a result, the A / D converter can be reduced in power and area.
(2) In the A / D converter, the statistical property of the comparator offset is analyzed and controlled, a signal below the offset level can be detected, and a dynamic range can be secured even in a fine process with a large element characteristic mismatch.
(3) The design efficiency of the high-accuracy ΔΣ A / D converter is improved, and it becomes easy to respond to market demands and manufacturing technology changes.

本発明の一実施形態に係るΔΣA/D変換装置100の構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a configuration of a ΔΣ A / D conversion device 100 according to an embodiment of the present invention. 一般的なフィードバック型ΔΣ変調器の構成を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of a general feedback type ΔΣ modulator. 一般的なフィードフォワード型ΔΣ変調器の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of a general feedforward type delta-sigma modulator. 本実施形態で用いるΔΣA/D変換装置の等価回路を示す回路図である。It is a circuit diagram showing an equivalent circuit of a ΔΣ A / D conversion device used in the present embodiment. 図4の各乗算器の利得の数値例を示す表である。5 is a table showing numerical examples of gains of the multipliers in FIG. 4. 従来技術に係る並列型A/D変換器の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the parallel type A / D converter which concerns on a prior art. 図7の並列型A/D変換器においてコンパレータのしきい値に対する確率密度分布を示すグラフである。8 is a graph showing a probability density distribution with respect to a threshold value of a comparator in the parallel type A / D converter of FIG. 7. 本実施形態において量子化器として用いる並列型確率的A/D変換器(以下、SF−A/D変換器という。)の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the parallel type | mold stochastic A / D converter (henceforth a SF-A / D converter) used as a quantizer in this embodiment. 図8のSF−A/D変換器においてコンパレータのしきい値に対する確率密度分布を示すグラフである。9 is a graph showing a probability density distribution with respect to a threshold value of a comparator in the SF-A / D converter of FIG. 8. 図8のSF−A/D変換器の変形例の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the modification of the SF-A / D converter of FIG. 図10のSF−A/D変換器の変形例においてコンパレータのしきい値に対する確率密度分布を示すグラフである。It is a graph which shows the probability density distribution with respect to the threshold value of a comparator in the modification of the SF-A / D converter of FIG. 図10のSF−A/D変換器の変形例においてコンパレータのしきい値に対する累積確率密度分布を示すグラフである。It is a graph which shows the cumulative probability density distribution with respect to the threshold value of a comparator in the modification of the SF-A / D converter of FIG. 従来技術に係る多ビットD/A変換器の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the multibit D / A converter which concerns on a prior art. 本実施形態における量子化器入力電圧に対する1出力のコンパレータ数Nの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship of the comparator number N of 1 output with respect to the quantizer input voltage in this embodiment. 本実施形態で用いるコード補正を示すデジタルコードに対するアナログ値を示すグラフである。It is a graph which shows the analog value with respect to the digital code which shows the code | cord | chord correction used by this embodiment. 図1のΔΣA/D変換装置100においてレジスタテーブル7a,7bのレジスタ値を適応化するための適応化装置の構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of an adaptation device for adapting register values of register tables 7a and 7b in the ΔΣ A / D conversion device 100 of FIG. 1. 本実施形態に係るΔΣA/D変換装置100のシミュレーション結果であって、D/A変換器において入力デジタルデータに対する出力アナログ電圧の関係を示すグラフである。It is a simulation result of ΔΣ A / D conversion device 100 concerning this embodiment, and is a graph which shows relation of output analog voltage to input digital data in a D / A converter. 本実施形態に係るΔΣA/D変換装置100のシミュレーション結果であって、1出力のコンパレータ数Nに対するデジタルコードの関係を示すグラフである。It is a simulation result of ΔΣ A / D conversion device 100 concerning this embodiment, and is a graph which shows the relation of the digital code with respect to the number of comparators N of 1 output. 本実施形態に係るΔΣA/D変換装置100のシミュレーション結果であって、コード補正の効果を示すためのデジタルコードに対するアナログ電圧値を示すグラフである。It is a simulation result of the ΔΣ A / D conversion apparatus 100 according to the present embodiment, and is a graph showing an analog voltage value with respect to a digital code for showing the effect of code correction. 本実施形態に係るΔΣA/D変換装置100のシミュレーション結果であって、3ビットコードを用いたときのパワースペクトル密度(PSD)を示すグラフである。It is a simulation result of delta-sigma A / D conversion device 100 concerning this embodiment, and is a graph which shows power spectrum density (PSD) when a 3 bit code is used. 本実施形態に係るΔΣA/D変換装置100のシミュレーション結果であって、12ビットコードを用いたときのコード補正によるパワースペクトル密度(PSD)を示すグラフである。It is a simulation result of ΔΣ A / D conversion device 100 concerning this embodiment, and is a graph which shows power spectrum density (PSD) by code amendment when 12 bit code is used. 本実施形態に係るΔΣA/D変換装置100のシミュレーション条件を示す表である。It is a table | surface which shows the simulation conditions of (DELTA) (Sigma) A / D conversion device 100 concerning this embodiment. SF−A/D変換器のコンパレータのオフセット値に対する確率密度を示すグラフである。It is a graph which shows the probability density with respect to the offset value of the comparator of SF-A / D converter. フラッシュA/D変換器のコンパレータのオフセット値に対する確率密度を示すグラフである。It is a graph which shows the probability density with respect to the offset value of the comparator of a flash A / D converter. 量子化器がSF−A/D変換器(σ≒100mV)であるときのコンパレータ数NとピークSNDR(Signal to Noise and Distortion Ratio)との関係を示すグラフである。Quantizer is a graph showing the relationship between the SF-A / D converter (σ 1 ≒ 100mV) in a number of comparators N and peak SNDR when (Signal to Noise and Distortion Ratio) . 量子化器がフラッシュA/D変換器であるときの標準偏差σとピークSNDRとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between standard deviation (sigma) 2 and peak SNDR when a quantizer is a flash A / D converter. SF−A/D変換器を用いたときの量子化器の面積比を示す表である。It is a table | surface which shows the area ratio of a quantizer when an SF-A / D converter is used. SF−A/D変換器(σ≒100mV)のときのコンパレータ数Nと標準偏差σとの関係を示す表である。It is a table showing the relationship between the number of comparators N and the standard deviation sigma 2 when the SF-A / D converter (σ 1 ≒ 100mV). 本実施形態に係るΔΣA/D変換装置100において量子化器としてSF−A/D変換器及びフラッシュA/D変換器をそれぞれ用いた場合(量子化器の面積が同じ場合)の分解能(ピークSNDR)の比較を示す表である。In the ΔΣ A / D converter 100 according to the present embodiment, the resolution (peak SNDR) when the SF-A / D converter and the flash A / D converter are respectively used as the quantizer (when the area of the quantizer is the same). ). 本実施形態に係るΔΣA/D変換装置100のシミュレーション結果であって、入力振幅に対するSNDRを示すグラフである。It is a simulation result of delta-sigma A / D conversion device 100 concerning this embodiment, and is a graph which shows SNDR with respect to input amplitude. 本実施形態に係るΔΣA/D変換装置100のシミュレーション結果であって、入力振幅に対するSFDRを示すグラフである。It is a simulation result of ΔΣ A / D conversion device 100 concerning this embodiment, and is a graph which shows SFDR with respect to input amplitude. 本実施形態に係るΔΣA/D変換装置100のシミュレーション結果であって、コンパレータ数Nに対するばらつきを考慮したピークSNDRを示す表である。6 is a table showing simulation results of the ΔΣ A / D conversion apparatus 100 according to the present embodiment and showing peak SNDR in consideration of variations with respect to the number of comparators N. 本実施形態に係るΔΣA/D変換装置100のシミュレーション結果であって、コンパレータ数N=16のときの入力振幅に対するSNDRを示すグラフである。It is a simulation result of ΔΣ A / D conversion device 100 concerning this embodiment, and is a graph which shows SNDR with respect to input amplitude when the number of comparators N = 16. 本実施形態に係るΔΣA/D変換装置100のシミュレーション結果であって、コンパレータ数N=32のときの入力振幅に対するSNDRを示すグラフである。It is a simulation result of ΔΣ A / D conversion device 100 concerning this embodiment, and is a graph which shows SNDR with respect to input amplitude when the number of comparators N = 32. 本実施形態に係るΔΣA/D変換装置100のシミュレーション結果であって、コンパレータ数N=64のときの入力振幅に対するSNDRを示すグラフである。It is a simulation result of ΔΣ A / D conversion device 100 concerning this embodiment, and is a graph which shows SNDR with respect to input amplitude when the number of comparators N = 64. 本実施形態に係るΔΣA/D変換装置100のシミュレーション結果であって、コンパレータ数N=128のときの入力振幅に対するSNDRを示すグラフである。It is a simulation result of ΔΣ A / D conversion device 100 concerning this embodiment, and is a graph which shows SNDR with respect to input amplitude when the number of comparators N = 128. 本実施形態に係るΔΣA/D変換装置100のシミュレーション結果であって、コンパレータ数N=256のときの入力振幅に対するSNDRを示すグラフである。It is a simulation result of ΔΣ A / D conversion device 100 concerning this embodiment, and is a graph which shows SNDR with respect to input amplitude when the number of comparators N = 256. 本実施形態に係るΔΣA/D変換装置100のシミュレーション結果であって、コンパレータ数N=512のときの入力振幅に対するSNDRを示すグラフである。It is a simulation result of ΔΣ A / D conversion device 100 concerning this embodiment, and is a graph which shows SNDR with respect to input amplitude when the number of comparators N = 512. 本実施形態に係るΔΣA/D変換装置100のシミュレーション結果であって、コンパレータ数Nに対するばらつきを考慮したピークSNDR(SNDR)を示すグラフである。Is a simulation result of the Delta-Sigma A / D converter 100 according to the present embodiment is a graph showing a peak in consideration of variations SNDR (SNDR w) with respect to number of comparators N.

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態において、同様の構成要素については同一の符号を付している。まず、実施形態の概要及び特徴について説明する。   Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, in each following embodiment, the same code | symbol is attached | subjected about the same component. First, the outline and features of the embodiment will be described.

図1は本発明の一実施形態に係るΔΣA/D変換装置100の構成を示すブロック図である。本実施形態に係るΔΣ(以下、“Δ−Σ”は“ΔΣ”に統一)A/D変換装置100は、減算器1と、低域通過フィルタ(LPF)2と、複数N個のコンパレータ11−1〜11−N及び加算器12からなるSF−A/D変換器3と、量子化レベルが可変である可変レベルデジタル量子化器4と、デコーダ5と、D/A変換器6と、可変レベルデジタル量子化器4の量子化レベルを格納するレジスタテーブル7a及びデコーダ5において3ビットコードを12ビットコードに変換してコード補正するマッピングテーブルの12ビットコード値を格納するレジスタテーブル7bを含むテーブルメモリ7とを備えて構成される。なお、本実施形態では、信号周波数を通過帯域に含む低域通過フィルタ2を用いているが、本発明はこれに限らず、上記信号周波数を通過帯域に含むが、直流成分及びその近傍における成分をも除去する帯域通過フィルタ(BPF)を用いてもよい。以下の実施形態では、一般性を損なうことがないので、低域通過フィルタ(LPF)2に限って説明をする。   FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a ΔΣ A / D converter 100 according to an embodiment of the present invention. ΔΣ (hereinafter, “Δ−Σ” is unified into “ΔΣ”) A / D conversion apparatus 100 according to the present embodiment includes a subtracter 1, a low-pass filter (LPF) 2, and a plurality of N comparators 11. SF-A / D converter 3 including -1 to 11-N and an adder 12, a variable level digital quantizer 4 having a variable quantization level, a decoder 5, and a D / A converter 6. A register table 7a for storing the quantization level of the variable level digital quantizer 4 and a register table 7b for storing a 12-bit code value of a mapping table for converting the 3-bit code into a 12-bit code and correcting the code in the decoder 5 are included. And a table memory 7. In this embodiment, the low-pass filter 2 including the signal frequency in the pass band is used. However, the present invention is not limited to this, and the signal frequency is included in the pass band. A band-pass filter (BPF) that also removes may be used. In the following embodiments, since generality is not impaired, only the low-pass filter (LPF) 2 will be described.

ここで、Δ−ΣA/D変換装置100は、特に、可変レベルデジタル量子化器4とデコーダ5とテーブルメモリ7とを備えたことを特徴とし、非特許文献1などの確率的手法をΔΣA/D変調装置に適用することで微細CMOSプロセスを用いた高分解能A/D変換器を実現することを目的としている。すなわち、本実施形態では、図1に示すように、ΔΣA/D変換装置100のマルチビット量子化器である可変レベルデジタル量子化器4に、多数のコンパレータ11−1〜11−Nの統計性を用いた確率的A/D変換器であるSF−A/D変換器3を用いる。また、SF−A/D変換器3の量子化レベルをD/A変換器6の量子化レベルと一致させることにより、マルチビットΔΣA/D変調装置のD/A変換器6のDEMを不要とする。さらに、SF−A/D変換器3の量子化レベルの調整に伴い、デコーダ5においてデジタル出力をコード補正する。なお、低歪みの特長を持つフィードフォワード型ΔΣ変調器のように、D/A変換器6が1つの場合に有効となる。   Here, the Δ−Σ A / D conversion apparatus 100 is particularly characterized by including a variable level digital quantizer 4, a decoder 5, and a table memory 7. The object is to realize a high-resolution A / D converter using a fine CMOS process by being applied to a D modulator. In other words, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, the variable level digital quantizer 4 that is a multi-bit quantizer of the ΔΣ A / D converter 100 has a statistical property of a large number of comparators 11-1 to 11-N. The SF-A / D converter 3 which is a stochastic A / D converter using the above is used. Further, by making the quantization level of the SF-A / D converter 3 coincide with the quantization level of the D / A converter 6, the DEM of the D / A converter 6 of the multi-bit ΔΣ A / D modulator is not required. To do. Further, along with the adjustment of the quantization level of the SF-A / D converter 3, the decoder 5 performs code correction on the digital output. It is effective when the number of D / A converters 6 is one, such as a feedforward type ΔΣ modulator having a low distortion feature.

図1において、減算器1は入力アナログ電圧からD/A変換器6からのアナログ電圧を減算して、減算結果の電圧を低域通過フィルタ2を介してSF−A/D変換器3に出力する。SF−A/D変換器3は、それぞれしきい値電圧Δ〜Δを有する複数N個のコンパレータ11−1〜11−Nを用いて比較した後、各コンパレータ11−1〜11−Nからの出力信号を加算器12により加算するA/D変換して可変レベルデジタル量子化器4に出力する。可変レベルデジタル量子化器4は、テーブルメモリ7のレジスタテーブル7aに格納された複数の可変量子化レベルであって例えば所定の間隔を有して互いに異なる複数の量子化レベルを有し、入力されるデジタルデータを例えば3ビットコードのデジタルデータに量子化してデコーダ5及びD/A変換器6に出力する。D/A変換器6は入力されるデジタルデータをアナログ電圧にD/A変換した後、減算器1に出力する。デコーダ5は、テーブルメモリ7のレジスタテーブル7aに格納された複数の12ビットコード値を含むマッピングテーブルを用いて、3ビットコードを12ビットコードに変換してコード補正することにより復号化して、復号化後の出力デジタルデータを出力する。ここで、テーブルメモリ7のレジスタテーブル7a,7b内のデータについては、図16を参照して詳細後述するように、D/A変換器6の上記量子化レベルとの誤差が最小となるように図16の適応化コントローラ110により適応化することを特徴としており、可変レベルデジタル量子化器4及びデコーダ5によりD/A変換器誤差補正回路8を構成している。 In FIG. 1, a subtracter 1 subtracts the analog voltage from the D / A converter 6 from the input analog voltage, and outputs the voltage resulting from the subtraction to the SF-A / D converter 3 via the low-pass filter 2. To do. SF-A / D converter 3, after comparing each using a plurality of N comparators 11-1 to 11-N having a threshold voltage Δ 1N, the comparators 11-1 to 11-N A / D conversion is performed by the adder 12 to add the output signal from the output signal to the variable level digital quantizer 4. The variable level digital quantizer 4 has a plurality of variable quantization levels stored in the register table 7a of the table memory 7 and having a plurality of different quantization levels with a predetermined interval, for example. The digital data is quantized into, for example, 3-bit code digital data and output to the decoder 5 and the D / A converter 6. The D / A converter 6 D / A converts the input digital data into an analog voltage, and then outputs it to the subtracter 1. The decoder 5 uses a mapping table including a plurality of 12-bit code values stored in the register table 7a of the table memory 7 to perform decoding by converting a 3-bit code into a 12-bit code and correcting the code. Output the converted digital data. Here, as for data in the register tables 7a and 7b of the table memory 7, as will be described in detail later with reference to FIG. 16, an error from the quantization level of the D / A converter 6 is minimized. The adaptation controller 110 shown in FIG. 16 is used for adaptation, and the variable level digital quantizer 4 and the decoder 5 constitute a D / A converter error correction circuit 8.

次いで、提案方式の詳細構成について以下に説明する。   Next, the detailed configuration of the proposed method will be described below.

A/D変換装置は、一般に、回路素子の特性はばらつき(素子特性ミスマッチ)を有しており、その多くはガウス分布に従う。従来方式の量子化器ではこの素子特性ミスマッチが回路の性能を劣化させるため、回路の微細化において大きな問題となる。一方、この素子特性ミスマッチを積極的に利用してA/D変換を行う方式として、SF−A/D変換器が提案されている。本実施形態ではこれをΔΣ変調器の量子化器として用いることで微弱信号の検出及び微細化が可能な方式を提案する。また、本実施形態では微細プロセスを用いた7レベルのΔΣ変調器の実現を目的としており、D/A変換器誤差による性能劣化が課題となる。そこで、本実施形態では可変レベルデジタル量子化器4とデコーダ5を用いてD/A変換器誤差を補正する方式を提案する。   In general, A / D converters have variations in circuit element characteristics (element characteristic mismatch), most of which follow a Gaussian distribution. In the conventional quantizer, this element characteristic mismatch deteriorates the performance of the circuit, which is a serious problem in circuit miniaturization. On the other hand, an SF-A / D converter has been proposed as a method of performing A / D conversion by actively utilizing this element characteristic mismatch. The present embodiment proposes a method capable of detecting and miniaturizing a weak signal by using this as a quantizer of a ΔΣ modulator. Further, the present embodiment aims to realize a seven-level ΔΣ modulator using a fine process, and performance degradation due to a D / A converter error becomes a problem. Therefore, this embodiment proposes a method for correcting the D / A converter error using the variable level digital quantizer 4 and the decoder 5.

本実施形態では、7レベル4次フィードフォワード型ΔΣ変調器を取り扱う。フィルタの次数を高くすることでノイズシェーピングの効果が大きくなるという利点がある。しかし、ΔΣ変調器は負帰還回路であるから、2次以上の場合にはシステムが不安定になる可能性がある。そのためゲインを調整するなどして安定化を図る必要がある。システムが安定となるための必要条件として、フィルタの極が複素平面上の単位円の内側にある必要がある。ΔΣ変調器の内部のゲインを調整することによりフィルタの極を操作することが可能であり、安定化を図ることができる。ただし、安定化を図り、ゲインを調整するとフィルタの次数は実効的に下がるので、得られる信号対雑音電力比(SNR)は低下する。   In this embodiment, a 7-level fourth-order feedforward type ΔΣ modulator is handled. There is an advantage that the effect of noise shaping is increased by increasing the order of the filter. However, since the ΔΣ modulator is a negative feedback circuit, there is a possibility that the system becomes unstable in the second or higher order. Therefore, it is necessary to stabilize by adjusting the gain. A necessary condition for the system to be stable is that the filter poles must be inside the unit circle on the complex plane. By adjusting the gain inside the ΔΣ modulator, the pole of the filter can be operated, and stabilization can be achieved. However, if stabilization and adjustment of the gain are performed, the filter order is effectively lowered, so that the obtained signal-to-noise power ratio (SNR) is lowered.

図2は一般的な4次フィードバック型ΔΣ変調器の構成を示す回路図であり、図3は一般的な4次フィードフォワード型ΔΣ変調器の構成を示す回路図である。   FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of a general fourth-order feedback ΔΣ modulator, and FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of a general fourth-order feedforward ΔΣ modulator.

安定化を図るためのΔΣ変調器の構成としては、図2のようなフィードバック型ΔΣ変調器や図3のようなフィードフォワード型ΔΣ変調器のものが用いられる。図2において、フィードバック型ΔΣ変調器は、4個の積分器21〜24と、量子化器(A/D変換器)25と、4個の減算器31〜34と、乗算器(D/A変換器を具備)41〜44とを備えて構成される。また、図3において、フィードフォワード型ΔΣ変調器は、4個の積分器21〜24と、量子化器(A/D変換器)25と、減算器31と、加算器35〜37と、4個の乗算器51〜54と、D/A変換器26とを備えて構成される。   As a configuration of the ΔΣ modulator for stabilization, a feedback type ΔΣ modulator as shown in FIG. 2 or a feedforward type ΔΣ modulator as shown in FIG. 3 is used. In FIG. 2, the feedback-type ΔΣ modulator includes four integrators 21 to 24, a quantizer (A / D converter) 25, four subtractors 31 to 34, and a multiplier (D / A). (Comprising a converter) 41-44. In FIG. 3, the feedforward type ΔΣ modulator includes four integrators 21 to 24, a quantizer (A / D converter) 25, a subtractor 31, adders 35 to 37, 4 Each of the multipliers 51 to 54 and a D / A converter 26 are provided.

ここで、フィードバック型ΔΣ変調器とフィードフォワード型ΔΣ変調器では積分器の振幅が異なる。フィードフォワード型ΔΣ変調器の方が振幅が小さく、安定化に有利である。また、フィードフォワード型ΔΣ変調器は積分器の非線形性に対する感度を低減するのに適している。図3に示す構造では、ノイズ伝達関数(以下、NTFという。)の零点はz=1、すなわちDCの点にあるが、NTFの零点を最適化することで安定性を向上させることが可能となる。零点の最適化はループフィルタの内部に局部フィードバックを加えることで実現できる。   Here, the amplitude of the integrator differs between the feedback type ΔΣ modulator and the feedforward type ΔΣ modulator. The feedforward type ΔΣ modulator has a smaller amplitude and is advantageous for stabilization. Further, the feedforward type ΔΣ modulator is suitable for reducing the sensitivity to the nonlinearity of the integrator. In the structure shown in FIG. 3, the zero point of the noise transfer function (hereinafter referred to as NTF) is at z = 1, that is, the DC point, but it is possible to improve the stability by optimizing the zero point of NTF. Become. Zero optimization can be achieved by adding local feedback inside the loop filter.

図4は本実施形態で用いるΔΣA/D変換装置の等価回路を示す回路図である。以上の理由から、本実施形態では図4に示すような4次フィードフォワード型ΔΣ変調器に局部フィードバックを加えた構造のΔΣ変調器を用いる。差動信号を取り扱うことを想定しているため量子化器は7レベルとしている。なお、各乗算器のゲインは図5に示すとおりである。図4において、本実施形態に係るΔΣA/D変換装置は、4個の積分器21〜24と、2個の減算器31、33と、加算器27と、量子化器(A/D変換器)25と、D/A変換器26と、4個の乗算器51〜54と、4個の乗算器51〜54,61〜65とを備えて構成される。   FIG. 4 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the ΔΣ A / D converter used in the present embodiment. For this reason, this embodiment uses a delta-sigma modulator having a structure in which local feedback is added to a fourth-order feedforward type delta-sigma modulator as shown in FIG. Since it is assumed that differential signals are handled, the quantizer is set to 7 levels. The gain of each multiplier is as shown in FIG. 4, the ΔΣ A / D converter according to the present embodiment includes four integrators 21 to 24, two subtractors 31, 33, an adder 27, and a quantizer (A / D converter). ) 25, D / A converter 26, four multipliers 51 to 54, and four multipliers 51 to 54, 61 to 65.

次いで、量子化器について以下に説明する。本実施形態では素子特性ミスマッチの統計性を利用したSF−A/D変換器3を量子化器として用いることで高分解能化を図る。   Next, the quantizer will be described below. In the present embodiment, the SF-A / D converter 3 using the statistical property of the element characteristic mismatch is used as a quantizer to achieve high resolution.

図6は従来技術に係る並列型A/D変換器の構成を示すブロック図である。図6において、並列型A/D変換器は、参照電圧発生器13と、複数N個のコンパレータ11−1〜11−Nと、サーモメータバイナリ変換エンコーダ15とを備えて構成される。並列型A/D変換器は、並列に接続されたN個のコンパレータにより同時に比較を行うので、高速動作が可能である。このため並列型A/D変換器はフラッシュA/D変換器とも呼ばれる。なお、複数N個の加算器14−1〜14−Nは、後述のオフセットの影響を等価的に示すため仮想的なものである。   FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a parallel A / D converter according to the prior art. In FIG. 6, the parallel A / D converter includes a reference voltage generator 13, a plurality of N comparators 11-1 to 11 -N, and a thermometer binary conversion encoder 15. The parallel A / D converter can perform high-speed operation because the comparison is simultaneously performed by N comparators connected in parallel. For this reason, the parallel A / D converter is also called a flash A / D converter. Note that the plurality of N adders 14-1 to 14-N are virtual in order to equivalently show the influence of an offset described later.

図7は図6の並列型A/D変換器においてコンパレータのしきい値に対する確率密度分布を示すグラフである。並列型A/D変換器は図7に示すように等間隔に分布するしきい値を持っている。しかし、素子特性ミスマッチによりコンパレータ11−1〜11−Nのしきい値にはオフセット(電圧)Δoff,1〜Δoff,Nが発生し、変換特性に誤差が生じる。そのため、オフセット以下の微弱な信号を検出することができず、また微細プロセスでは高分解能化が困難である。以上の理由から多ビットのΔΣ変調器の量子化器として用いる場合には、オフセットによる分解能の劣化を改善する必要がある。 FIG. 7 is a graph showing the probability density distribution with respect to the threshold value of the comparator in the parallel A / D converter of FIG. The parallel A / D converter has threshold values distributed at equal intervals as shown in FIG. However, offsets (voltages) Δ off, 1 to Δ off, N are generated in the threshold values of the comparators 11-1 to 11-N due to element characteristic mismatch, and an error occurs in the conversion characteristics. For this reason, a weak signal below the offset cannot be detected, and it is difficult to achieve high resolution in a fine process. For the above reasons, when used as a quantizer of a multi-bit ΔΣ modulator, it is necessary to improve resolution degradation due to offset.

図8は本実施形態において量子化器として用いるSF−A/D変換器3の構成を示すブロック図であり、図9は図8のSF−A/D変換器3においてコンパレータのしきい値に対する確率密度分布を示すグラフである。本実施形態で提案する方式では、量子化器として図8に示すSF−A/D変換器3を用いる。この方式では従来の並列型A/D変換器のように、コンパレータ数Nの分だけ参照電圧を生成する回路は不要であり、コンパレータオフセットをしきい値として利用する。このため、しきい値は図9に示すようなガウス分布に従う。   FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the SF-A / D converter 3 used as a quantizer in this embodiment, and FIG. 9 shows the threshold value of the comparator in the SF-A / D converter 3 of FIG. It is a graph which shows probability density distribution. In the system proposed in this embodiment, an SF-A / D converter 3 shown in FIG. 8 is used as a quantizer. This system does not require a circuit for generating reference voltages by the number N of comparators unlike a conventional parallel A / D converter, and uses a comparator offset as a threshold value. For this reason, the threshold value follows a Gaussian distribution as shown in FIG.

図8において、参照電圧θREFを与えれば分布の中心を任意の電圧に設定することが可能である。従来方式ではコンパレータオフセットにより分解能が制限されるのに対し、この方式ではコンパレータオフセットを積極的に利用するので、オフセット以下の微弱な信号を検出できる。また従来の並列型A/D変換器では参照電圧を生成するために、抵抗を接地から電源電圧まで積み上げることが多く、抵抗のミスマッチもまた誤差となり分解能が制限される。一方、SF−A/D変換器では参照電圧が不要であるためこの問題も解決できる。 In FIG. 8, if the reference voltage θ REF is given, the center of the distribution can be set to an arbitrary voltage. In the conventional method, the resolution is limited by the comparator offset, but in this method, the comparator offset is actively used, so that a weak signal below the offset can be detected. Further, in the conventional parallel A / D converter, in order to generate the reference voltage, the resistor is often stacked from the ground to the power supply voltage, and the mismatch of the resistor also becomes an error, and the resolution is limited. On the other hand, since the SF-A / D converter does not require a reference voltage, this problem can be solved.

以下にSF−A/D変換器3の変換機構について述べる。前述のようにSF−A/D変換器3はガウス分布に従うランダムなしきい値をもっている。そのためコンパレータ群の出力はフラッシュA/D変換器のようなサーモメータコードではなく0(ローレベル)または1(ハイレベル)のランダムな出力である。そこで、SF−A/D変換器3では多数のコンパレータ11−1〜11−Nにより入力値を比較し、出力を加算する。加算した値(1を出力するコンパレータの数に対応)と入力電圧の関係はガウス分布の累積分布に従うので、加算結果に応じてデジタル出力を決定することでA/D変換を行うことが可能である。   The conversion mechanism of the SF-A / D converter 3 will be described below. As described above, the SF-A / D converter 3 has a random threshold value according to a Gaussian distribution. Therefore, the output of the comparator group is not a thermometer code like a flash A / D converter but a random output of 0 (low level) or 1 (high level). Therefore, in the SF-A / D converter 3, the input values are compared by a number of comparators 11-1 to 11-N, and the outputs are added. Since the relationship between the added value (corresponding to the number of comparators that output 1) and the input voltage follows the cumulative distribution of Gaussian distribution, A / D conversion can be performed by determining the digital output according to the addition result. is there.

SF−A/D変換器はガウス分布に従うしきい値を利用するので、非線形性を有している。また、コンパレータ数が有限であることから歪みが生じる。線形性を確保するためには、累積分布の線形に変化する範囲を使用する必要があり、入力範囲が狭くなったり、使用されないコンパレータが多くなったりする。入力範囲はオフセットの標準偏差σoffによって決まり、線形性を保つためには±σoffの範囲でSF−A/D変換器3を使用する必要がある。 Since the SF-A / D converter uses a threshold value according to a Gaussian distribution, it has nonlinearity. Further, distortion occurs because the number of comparators is finite. In order to ensure the linearity, it is necessary to use a linearly changing range of the cumulative distribution, so that the input range becomes narrow or many comparators are not used. The input range is determined by the standard deviation σ off of the offset, and it is necessary to use the SF-A / D converter 3 in the range of ± σ off in order to maintain linearity.

図10は図9のSF−A/D変換器の変形例の構成を示すブロック図であり、図11は図10のSF−A/D変換器の変形例においてコンパレータのしきい値に対する確率密度分布を示すグラフである。また、図12は図10のSF−A/D変換器の変形例においてコンパレータのしきい値に対する累積確率密度分布を示すグラフである。   10 is a block diagram showing a configuration of a modification of the SF-A / D converter of FIG. 9, and FIG. 11 is a probability density with respect to the threshold value of the comparator in the modification of the SF-A / D converter of FIG. It is a graph which shows distribution. FIG. 12 is a graph showing the cumulative probability density distribution with respect to the threshold value of the comparator in the modification of the SF-A / D converter of FIG.

そこで、非線形性を低減し入力範囲を拡大するために図10のようにコンパレータ11−1〜11−Nを二つのグループG1,G2に分け、それぞれ逆符号の参照電圧+σoff,−σoffを与える。なお、参照電圧の絶対値はコンパレータオフセットの標準偏差値σoffである。ここで、グループG1はコンパレータ11−1〜11−(N/2)からなり、グループG2はコンパレータ11−(N/2+1)〜11−Nからなる。これにより、図11のようにしきい値の分布を平坦化できる。平坦化したしきい値分布の累積分布は図12の実線のようになる。図12より、しきい値分布の平坦化を行うことによりSF−A/D変換器の非線形性を低減でき入力範囲が拡大できることが分かる。本実施形態で提案する方式では、この非線形性低減技術を用いるので、フルスケール入力範囲は±2σoffに設定する。 Therefore, in order to reduce nonlinearity and expand the input range, the comparators 11-1 to 11-N are divided into two groups G1 and G2 as shown in FIG. 10, and reference voltages + σ off and −σ off having opposite signs are respectively obtained. give. The absolute value of the reference voltage is a standard deviation value σ off of the comparator offset. Here, the group G1 includes comparators 11-1 to 11- (N / 2), and the group G2 includes comparators 11- (N / 2 + 1) to 11-N. Thus, the threshold distribution can be flattened as shown in FIG. The cumulative distribution of the flattened threshold distribution is as shown by the solid line in FIG. From FIG. 12, it can be seen that the non-linearity of the SF-A / D converter can be reduced and the input range can be expanded by flattening the threshold distribution. In the method proposed in this embodiment, this nonlinearity reduction technique is used, so the full-scale input range is set to ± 2σ off .

次いで、D/A変換器誤差の補正について以下に説明する。   Next, correction of the D / A converter error will be described below.

上述したように、ΔΣ変調器では多ビット化によってダイナミックレンジや安定性の向上が可能となる。一方で多ビット化に伴い、素子特性ミスマッチに起因するD/A変換器の誤差が発生し分解能を大きく低下させる。そのため何らかの手法によりD/A変換器誤差の影響を低減する必要がある。従来のD/A変換器誤差の補正技術として代表的なものにDEMが存在する。   As described above, the ΔΣ modulator can improve the dynamic range and stability by increasing the number of bits. On the other hand, with the increase in the number of bits, an error of the D / A converter due to an element characteristic mismatch occurs and the resolution is greatly reduced. Therefore, it is necessary to reduce the influence of the D / A converter error by some method. A typical D / A converter error correction technique is DEM.

図13は従来技術に係る多ビットD/A変換器の構成例を示す回路図である。図13においては、ほぼ同一の容量値を持つ容量C1〜CN、スイッチS1〜SN及び直流電圧源70を用いた多ビットD/A変換器の構成例を示す。通常、D/A変換器では入力されるデジタル信号に対して選択される素子が一意に決まっている。このためD/A変換器を構成する素子のミスマッチによりD/A変換器の出力には一定の誤差が含まれてしまい、性能劣化につながる。DEMではクロックごとに異なる素子を選択することにより、D/A変換器の誤差を平均化する。これによりD/A変換器誤差の影響を低減でき、多ビットのΔΣ変調器における性能劣化を低減する。この方式ではランダムに素子を選択する必要があるが、D/A変換器の入力信号によっては周期的に素子が選択されてしまい十分に誤差の平均化ができない場合が存在する。これは歪みとして出力信号に影響し分解能を低下させる。またクロックごとに素子を選択する回路を駆動するため低消費電力化の面では不利である。   FIG. 13 is a circuit diagram showing a configuration example of a multi-bit D / A converter according to the prior art. FIG. 13 shows a configuration example of a multi-bit D / A converter using capacitors C1 to CN having substantially the same capacitance value, switches S1 to SN, and a DC voltage source 70. Usually, in the D / A converter, an element selected for an input digital signal is uniquely determined. For this reason, a certain error is included in the output of the D / A converter due to mismatch of elements constituting the D / A converter, leading to performance degradation. In the DEM, the error of the D / A converter is averaged by selecting different elements for each clock. Thereby, the influence of the D / A converter error can be reduced, and the performance deterioration in the multi-bit ΔΣ modulator is reduced. In this method, it is necessary to select elements at random, but depending on the input signal of the D / A converter, there are cases where the elements are selected periodically and the error cannot be sufficiently averaged. This affects the output signal as distortion and reduces the resolution. In addition, since a circuit for selecting an element is driven for each clock, it is disadvantageous in terms of reducing power consumption.

本実施形態で提案する方式では、ΔΣ変調器の量子化器としてSF−A/D変換器3を用いることで分解能の向上を図るとともに、フィードバックD/A変換器で生じた誤差を補正する。以下でその原理について述べる。   In the method proposed in the present embodiment, the SF-A / D converter 3 is used as a quantizer of the ΔΣ modulator to improve the resolution and correct an error generated in the feedback D / A converter. The principle will be described below.

図14は本実施形態における量子化器入力電圧に対するコンパレータ数Nの関係を示すグラフである。SF−A/D変換器3では入力値に対して1を出力するコンパレータ11−1〜11−Nの総数Nで量子化出力を決定する。フィードバック型(“型”は不要)D/A変換器6が理想的な場合、図14のように反応するコンパレータ数に応じて線形に量子化出力を変化させればよい。しかし、D/A変換器6に誤差がある場合、量子化器4との間で量子化レベルの誤差が生じ、誤差がΔΣ変調器内部で蓄積されるので大きく分解能が低下する。そこで、本実施形態ではD/A変換器6の誤差に応じて量子化器4の入出力特性を変化させ、量子化レベルの誤差を低減することでD/A変換器6の誤差を補正する。これによりΔΣ変調器内部での線形性が向上し分解能の低下を軽減できる。   FIG. 14 is a graph showing the relationship of the number of comparators N with respect to the quantizer input voltage in this embodiment. The SF-A / D converter 3 determines the quantization output by the total number N of the comparators 11-1 to 11 -N that output 1 for the input value. When the feedback type (“type” is unnecessary) D / A converter 6 is ideal, the quantized output may be changed linearly in accordance with the number of comparators that react as shown in FIG. However, if there is an error in the D / A converter 6, an error in the quantization level occurs with the quantizer 4, and the error is accumulated inside the ΔΣ modulator, so the resolution is greatly reduced. Therefore, in this embodiment, the input / output characteristics of the quantizer 4 are changed according to the error of the D / A converter 6 to reduce the error of the quantization level, thereby correcting the error of the D / A converter 6. . As a result, the linearity within the ΔΣ modulator is improved, and the reduction in resolution can be reduced.

ここで、i番目のデジタルコードに対応する点での誤差をΔとする。図14において、入力範囲の上限及び下限に対応するコンパレータ数をそれぞれNu及びNlとする。このとき入力範囲のしきい値を持つコンパレータの数は(Nu−Nl)となる。また、i番目のレベルに対応するコンパレータ数をNとし、フルスケール入力範囲を2FSとする。各レベルに対応するコンパレータの数をD/A変換器6の誤差に対応する分だけ変化させればよいので、D/A変換器6の誤差に応じて変化させたコンパレータ数N’は次式で表される。 Here, the error at a point corresponding to the i-th digital code and delta i. In FIG. 14, the numbers of comparators corresponding to the upper limit and the lower limit of the input range are Nu and Nl, respectively. At this time, the number of comparators having an input range threshold is (Nu-Nl). Further, the number of comparators corresponding to the i-th level with N i, and 2FS the full-scale input range. Since the number of comparators corresponding to each level has only to be changed by an amount corresponding to the error of the D / A converter 6, the number of comparators N i ′ changed according to the error of the D / A converter 6 is It is expressed by a formula.

Figure 0005758434
Figure 0005758434

ただし、コンパレータ数N’は整数であるから、最も近い整数値に近似する必要がある。このように各量子化レベルに対応するコンパレータ数を誤差に応じて調整するだけで、静的にD/A変換器6の誤差を補正できる。SF−A/D変換器3では1を出力するコンパレータ数が量子化出力に対応するため、デジタル回路により量子化レベルを調整できる。しかし、これにより量子化器はD/A変換器6の誤差に応じた非線形性を持つことになり、ΔΣ変調器の内部では線形性が向上するが、ΔΣ変調器から出力されるデジタル値にはD/A変換器の誤差に応じた非線形な値が対応することになる。 However, since the number of comparators N i ′ is an integer, it is necessary to approximate the nearest integer value. Thus, the error of the D / A converter 6 can be statically corrected by simply adjusting the number of comparators corresponding to each quantization level according to the error. In the SF-A / D converter 3, since the number of comparators that output 1 corresponds to the quantized output, the quantization level can be adjusted by a digital circuit. However, this causes the quantizer to have non-linearity corresponding to the error of the D / A converter 6, and the linearity is improved inside the ΔΣ modulator, but the digital value output from the ΔΣ modulator is reduced. Corresponds to a non-linear value corresponding to the error of the D / A converter.

なお、同様の量子化レベル調整は、図6の並列型A/D変換器において、参照電圧発生器13中にD/A変換器を具備することでも実現可能であり、図1の実施形態のSF−A/D変換器3と可変レベルデジタル量子化器4を代替できる。この場合、レジスタテーブル7aに従って、参照電圧発生器13中のD/A変換器の出力、つまり、参照電圧が調整される。しかし、後述のように、分解能と面積を考慮した場合のSF−A/D変換器3の利点が大きく、またD/A変換器なしでも量子化レベルをデジタル的に調整できる利点などより、以下では、SF−A/D変換器3と可変レベルデジタル量子化器4を用いて実現する実施形態を説明する。   Similar quantization level adjustment can also be realized by providing a D / A converter in the reference voltage generator 13 in the parallel A / D converter of FIG. The SF-A / D converter 3 and the variable level digital quantizer 4 can be replaced. In this case, the output of the D / A converter in the reference voltage generator 13, that is, the reference voltage is adjusted according to the register table 7a. However, as will be described later, the advantages of the SF-A / D converter 3 when the resolution and the area are taken into account are great, and the advantage that the quantization level can be digitally adjusted without the D / A converter is as follows. Now, an embodiment realized using the SF-A / D converter 3 and the variable level digital quantizer 4 will be described.

さらに、コード補正について以下に説明する。   Further, code correction will be described below.

図15は本実施形態で用いるコード補正を示すデジタルコードに対するアナログ値を示すグラフである。上述のように、D/A変換器6の誤差を量子化器で補正することによりΔΣ変調器の内部では線形性が向上するが、量子化された出力には非線形な値が対応している。このため本方式のΔΣ変調器を用いてA/D変換装置を実現するためには出力のデジタルコードを補正して、線形な値が対応するようにしなければならない。このため本実施形態ではデコーダにより量子化器の出力に9ビットを加えて、出力範囲を細かく分割することで出力が線形な値と対応するようにコードを補正する。通常、7レベル量子化器の出力ならば3ビットで表現できる。   FIG. 15 is a graph showing an analog value for a digital code indicating code correction used in the present embodiment. As described above, by correcting the error of the D / A converter 6 with the quantizer, the linearity is improved inside the ΔΣ modulator, but a non-linear value corresponds to the quantized output. . For this reason, in order to realize an A / D conversion device using the ΔΣ modulator of this system, the digital code of the output must be corrected so that a linear value corresponds. For this reason, in this embodiment, the decoder adds 9 bits to the output of the quantizer and finely divides the output range to correct the code so that the output corresponds to a linear value. Normally, the output of a 7-level quantizer can be represented by 3 bits.

しかし、本方式では量子化器4が非線形なため、3ビットではデジタルコードとアナログ値の間の関係は線形な特性からずれてしまう。一方、12ビットコードにより出力範囲を更に細かく分割すると、図15のようにデジタルコードとアナログ値が線形に対応するように調整することができる。   However, since the quantizer 4 is non-linear in this method, the relationship between the digital code and the analog value deviates from a linear characteristic with 3 bits. On the other hand, when the output range is further finely divided by the 12-bit code, the digital code and the analog value can be adjusted so as to correspond linearly as shown in FIG.

図16は図1のΔΣA/D変換装置100においてレジスタテーブル7a,7bのレジスタ値を適応化するための適応化装置の構成を示すブロック図である。図16において、適応化装置は、基準電圧発生器101と、高精度A/D変換器102と、誤差演算器103と、適応化コントローラ110とを備えて構成される。   FIG. 16 is a block diagram showing a configuration of an adapting device for adapting the register values of the register tables 7a and 7b in the ΔΣ A / D converting device 100 of FIG. In FIG. 16, the adaptation device includes a reference voltage generator 101, a high-precision A / D converter 102, an error calculator 103, and an adaptation controller 110.

図16において、基準電圧発生器101は、互いに異なる所定の複数の基準電圧を順次発生してΔ−ΣA/D変換装置100及びA/D変換器102に入力する。A/D変換器102はΔ−ΣA/D変換装置100よりも高い精度でA/D変換可能なA/D変換器であって、入力電圧をA/D変換して誤差演算器103に出力する。誤差演算器103は、Δ−ΣA/D変換装置100からのデジタル値と、A/D変換器102からのデジタル値との誤差(以下、D/A変換器誤差という。)を演算して適応化コントローラ110に出力する。適応化コントローラ110は、上記D/A変換器誤差が最小となるような、テーブルメモリ7のレジスタテーブル7a,7b内の可変レベルデジタル量子化器4の各量子化レベル及びマッピングテーブルの12ビットコード値を含む多変量パラメータを求めて、Δ−ΣA/D変換装置100の動作前に設定する。   In FIG. 16, the reference voltage generator 101 sequentially generates a plurality of different predetermined reference voltages and inputs them to the Δ-Σ A / D converter 100 and the A / D converter 102. The A / D converter 102 is an A / D converter capable of performing A / D conversion with higher accuracy than the Δ-Σ A / D conversion device 100, and A / D converts the input voltage and outputs it to the error calculator 103. To do. The error calculator 103 calculates and adapts an error between the digital value from the Δ-Σ A / D converter 100 and the digital value from the A / D converter 102 (hereinafter referred to as D / A converter error). To the controller 110. The adaptation controller 110 uses the quantization level of the variable level digital quantizer 4 in the register tables 7a and 7b of the table memory 7 and the 12-bit code of the mapping table so that the D / A converter error is minimized. A multivariate parameter including a value is obtained and set before the operation of the Δ-Σ A / D converter 100.

すなわち、レジスタテーブル7a,7bに保持される値は、事前に基準となるテスト用基準電圧を用いてΔ−ΣA/D変換装置100が正常な出力デジタルデータを得るように調整される。具体的には、テスト用基準アナログ電圧を高精度A/D変換器102で生成したデジタル値を対象とするA/D変換器102の所望の動作モデルに基づきデジタル的に推定した出力期待値の時間系列と、実際のテストで得られるΔ−ΣA/D変換装置100からの出力デジタルデータの時系列を比較し、ある時間範囲での両者の平均二乗誤差などを最小とするように、レジスタテーブル7a,7bに保持されるパラメータ値を調整することで、最適なパラメータ値を得ることができる。最適値の探索手法としては、例えば最急降下法に基づくLMS(LeastMean Square)アルゴリズムなどを用いる。このレジスタに保持される値は、電源投入時もしくは動作中断時に、上記手法で更新される。なお、最適値の探索手法として、例えば遺伝子アルゴリズム、2分割最尤検索法、ニューラルネットワークの学習アルゴリズムなどを用いてもよい。   That is, the values held in the register tables 7a and 7b are adjusted in advance so that the Δ-Σ A / D conversion apparatus 100 obtains normal output digital data using a test reference voltage as a reference. Specifically, the expected output value digitally estimated based on a desired operation model of the A / D converter 102 for the digital value generated by the high-precision A / D converter 102 as the test reference analog voltage. Compare the time series with the time series of the output digital data from the Δ-Σ A / D converter 100 obtained in the actual test, and minimize the mean square error of both in a certain time range. By adjusting the parameter values held in 7a and 7b, an optimum parameter value can be obtained. As a method for searching for the optimum value, for example, an LMS (Least Mean Square) algorithm based on the steepest descent method is used. The value held in this register is updated by the above method when power is turned on or operation is interrupted. For example, a genetic algorithm, a two-part maximum likelihood search method, a neural network learning algorithm, or the like may be used as a search method for the optimum value.

以上説明したように、本実施形態では、コンパレータの統計的なミスマッチを利用した確率的A/D変換器をΔΣA/D変調器のマルチビット量子化器に用いている。この量子化器は多数のコンパレータの統計性を用いて実現しており、量子化レベルの設定は、それに対応するハイレベル信号を出力するコンパレータ数の設定を変更することで、容易かつ柔軟に実現できる。具体的には、理想的には256個のコンパレータ中、128個のコンパレータがハイレベル信号を出力した際に、コード「000」を出すとすると、D/A変換器6のミスマッチに対応して、例えば、120個のコンパレータがハイレベル信号を出力した際にコード「000」を出力する。この量子化レベルをD/A変換器6でのミスマッチに伴う非線形性に対応して設定することで、DEMを不要とする。この結果、量子化器は非線形な入出力特性を持つが、この補正のためにデコーダ5を通して、アナログ入力信号に線形に対応したデジタル出力が得られるようにする。このデコーダ5のマッピングテーブル及び前述の量子化レベルの設定はテーブルメモリ7に記憶し、その内容は基準信号を用いたキャリブレーションによって更新される。   As described above, in this embodiment, the stochastic A / D converter using the statistical mismatch of the comparator is used for the multi-bit quantizer of the ΔΣ A / D modulator. This quantizer is realized using the statistical properties of many comparators, and the quantization level can be set easily and flexibly by changing the number of comparators that output the corresponding high-level signal. it can. Specifically, ideally, out of 256 comparators, when 128 comparators output a high level signal and code “000” is output, this corresponds to the mismatch of D / A converter 6. For example, the code “000” is output when 120 comparators output a high level signal. By setting the quantization level corresponding to the non-linearity associated with the mismatch in the D / A converter 6, the DEM is unnecessary. As a result, the quantizer has non-linear input / output characteristics, but for this correction, a digital output linearly corresponding to the analog input signal is obtained through the decoder 5. The mapping table of the decoder 5 and the setting of the quantization level described above are stored in the table memory 7, and the content is updated by calibration using the reference signal.

以上の実施形態においては、可変レベルデジタル量子化器4は3ビットコードのデジタルデータを出力し、デコーダ5は上記コード補正のために3ビットコードのデジタルデータを12ビットコードのデジタルデータに復号化している。しかし、可変レベルデジタル量子化器4及びデコーダ5で用いるデジタルデータのビットコードのビット数はこれに限定されず、少なくとも、デコーダ5は、上記コード補正のために、第1のビットコードのデジタルデータを、上記第1のビットコードのビット数よりも大きいビット数を有する第2のビットコードのデジタルデータに復号化するためのマッピングテーブルを有し、可変レベルデジタル量子化器4からの第1のビッコードのデジタルデータを上記第2のビットコードのデジタルデータに復号化するように構成すればよい。




In the above embodiment, the variable level digital quantizer 4 outputs 3-bit code digital data, and the decoder 5 decodes the 3-bit code digital data into 12-bit code digital data for the code correction. ing. However, the number of bits of the bit code of the digital data used in the variable level digital quantizer 4 and the decoder 5 is not limited to this, and at least the decoder 5 uses the digital data of the first bit code for the code correction. Is mapped to the digital data of the second bit code having a larger number of bits than the number of bits of the first bit code, and the first from the variable level digital quantizer 4 the digital data bits code may be configured to decode the digital data of the second bit codes.




以上の実施形態においては、図16のシステムを用いてレジスタテーブル7a,7bのパラメータ値(可変レベルデジタル量子化器4の量子化レベル及びデコーダ5のマッピングテーブル(特に、変換後のデジタルデータ値))を予めD/A変換器誤差が最小となるように適応化された値を求めて設定して使用してもよい。また、適応化するパラメータ値は、可変レベルデジタル量子化器4の量子化レベル及びデコーダ5のマッピングテーブル(特に、変換後のデジタルデータ値)のうちの少なくとも一方でもよい。さらに、適応化は、例えば電源オン時、動作時の所定の時間間隔で実行される。   In the above embodiment, the parameter values of the register tables 7a and 7b (the quantization level of the variable level digital quantizer 4 and the mapping table of the decoder 5 (particularly, the converted digital data value) are obtained using the system of FIG. ) May be determined and set in advance so as to obtain a value adapted to minimize the D / A converter error. The parameter value to be adapted may be at least one of the quantization level of the variable level digital quantizer 4 and the mapping table of the decoder 5 (particularly, the converted digital data value). Further, the adaptation is executed at a predetermined time interval during operation, for example, when the power is turned on.

本発明者らは、本実施形態に係るΔ−ΣA/D変換装置について、数値シミュレーションを行ってその性能を評価し、それに対する考察を行う。なお数値シミュレーションにはMATLABを用いた。   The present inventors perform numerical simulations on the Δ-Σ A / D converter according to the present embodiment, evaluate its performance, and consider it. Note that MATLAB was used for the numerical simulation.

図17は本実施形態に係るΔΣA/D変換装置100のシミュレーション結果であって、D/A変換器において入力デジタルデータに対する出力アナログ電圧の関係を示すグラフである。まず、D/A変換器誤差の補正について、量子化器での誤差の補正がある場合とない場合での入出力関係の違いを比較した。D/A変換器6が理想的な場合と誤差が生じた場合の入出力特性を図17に示す。   FIG. 17 is a graph showing a simulation result of the ΔΣ A / D converter 100 according to the present embodiment and showing a relationship between an output analog voltage and input digital data in the D / A converter. First, regarding the D / A converter error correction, the difference in input / output relationship between the case where the error is corrected in the quantizer and the case where the error is not compared was compared. FIG. 17 shows input / output characteristics when the D / A converter 6 is ideal and when an error occurs.

式(1)に従いD/A変換器誤差を補正した場合の量子化器の入出力特性をシミュレーションした。なお、コンパレータ数N=256とし、上述したオフセット分布の平坦化による非線形性低減技術を用いた。以下のシミュレーションにおいても特に断りのない限り、オフセット分布の平坦化による非線形性低減技術(図10の変形例)を用いている。   The input / output characteristics of the quantizer when the D / A converter error was corrected according to the equation (1) were simulated. Note that the number of comparators N = 256, and the above-described nonlinearity reduction technique by flattening the offset distribution was used. Also in the following simulation, unless otherwise noted, a non-linearity reduction technique (modified example of FIG. 10) by flattening the offset distribution is used.

図18は本実施形態に係るΔΣA/D変換装置100のシミュレーション結果であって、1を出力するコンパレータ数Nに対するデジタルコードの関係を示すグラフである。すなわち、図18に1を出力するコンパレータ数と対応するデジタルコード(−3〜3)の対応を示す。実線で示した特性がD/A変換器誤差の補正を行った場合の特性である。コンパレータ数Nとデジタルコードの関係がD/A変換器誤差に応じて非線形に変化していることが分かる。   FIG. 18 is a graph showing the simulation result of the ΔΣ A / D conversion apparatus 100 according to the present embodiment and showing the relationship of the digital code to the number N of comparators that output 1. That is, FIG. 18 shows the correspondence between the number of comparators that output 1 and the corresponding digital code (−3 to 3). The characteristic indicated by the solid line is the characteristic when the D / A converter error is corrected. It can be seen that the relationship between the number of comparators N and the digital code changes nonlinearly according to the D / A converter error.

次いで、本発明者らは、コード補正についてシミュレーションを行った。   The inventors then performed a simulation for code correction.

図19は本実施形態に係るΔΣA/D変換装置100のシミュレーション結果であって、コード補正の効果を示すためのデジタルコードに対するアナログ電圧値を示すグラフである。D/A変換器誤差を補正するために量子化器の入出力特性は非線形となっているので、3ビットのデジタルコードには図19の点線のように非線形な値が対応している。ここで、9ビットのコードを付加して、7レベルで分割された入力範囲をさらに分割し、デジタル値とアナログ値の関係が線形となるようにコードを割り当てる。このコード補正により、図19の実線のようにデジタルコードとアナログ値の関係を線形に近づけられることが分かる。   FIG. 19 is a graph showing a simulation result of the ΔΣ A / D conversion apparatus 100 according to the present embodiment and showing an analog voltage value with respect to a digital code for indicating the effect of code correction. Since the input / output characteristics of the quantizer are non-linear in order to correct the D / A converter error, the non-linear value corresponds to the 3-bit digital code as shown by the dotted line in FIG. Here, a 9-bit code is added to further divide the input range divided by 7 levels, and codes are assigned so that the relationship between the digital value and the analog value is linear. By this code correction, it can be seen that the relationship between the digital code and the analog value can be made close to linear as shown by the solid line in FIG.

図20Aは本実施形態に係るΔΣA/D変換装置100のシミュレーション結果であって、3ビットコードを用いたときのパワースペクトル密度(PSD)を示すグラフであり、図20Bは本実施形態に係るΔΣA/D変換装置100のシミュレーション結果であって、12ビットコードを用いたときのコード補正によるパワースペクトル密度(PSD)を示すグラフである。また、図21は本実施形態に係るΔΣA/D変換装置100のシミュレーション条件を示す表である。   FIG. 20A is a simulation result of the ΔΣ A / D conversion apparatus 100 according to the present embodiment and is a graph showing a power spectral density (PSD) when a 3-bit code is used, and FIG. 20B is a ΔΣ A according to the present embodiment. 4 is a graph showing a result of simulation of the / D conversion apparatus 100 and a power spectral density (PSD) by code correction when a 12-bit code is used. FIG. 21 is a table showing simulation conditions for the ΔΣ A / D converter 100 according to the present embodiment.

図20A及び図20Bにコード補正によるパワースペクトル密度(Power Spectral Density:PSD)の変化を示す。3ビットコードではD/A変換器誤差の補正によって生じた量子化器の非線形誤差の影響により、低域のノイズが多くなっているが、12ビットコードでは非線形誤差を補正することでノイズが低減できていることが確認できる。   FIG. 20A and FIG. 20B show changes in power spectral density (PSD) due to code correction. In the 3-bit code, the noise in the low band is increased due to the influence of the non-linear error of the quantizer caused by the correction of the D / A converter error, but in the 12-bit code, the noise is reduced by correcting the non-linear error. It can be confirmed that it is made.

次いで、上記のシミュレーション結果をもとに、SF−A/D変換器3の量子化器とそれによるD/A変換器誤差補正をΔΣ変調器に適用した場合を想定したシミュレーションを行った。出力信号に対し高速フーリエ変換(FFT)を行うことで、周波数スペクトルを求め、信号対雑音及び歪み電力比(SNDR)を計算し性能を比較した。ここで、7レベルの量子化器について、フラッシュA/D変換器を用いた場合とSF−A/D変換器を用いた場合についてピークSNDRを求め性能を比較した。なお、D/A変換器はいずれの場合も理想的であるとした。   Next, based on the above simulation results, a simulation was performed assuming that the quantizer of the SF-A / D converter 3 and the D / A converter error correction thereby were applied to the ΔΣ modulator. A frequency spectrum was obtained by performing a fast Fourier transform (FFT) on the output signal, a signal-to-noise and distortion power ratio (SNDR) was calculated, and the performance was compared. Here, for the 7-level quantizer, the peak SNDR was obtained and the performance was compared for the case where the flash A / D converter was used and the case where the SF-A / D converter was used. Note that the D / A converter is ideal in all cases.

性能を比較するため、同じピークSNDRを得るときのチップ上での量子化器の面積比を求めた。面積比の求め方は以下のとおりである。半導体工学によればMOSFETのしきい値電圧の標準偏差ΔVth(mV)は、ゲート酸化膜厚tox(nm)、ゲート長L(μm)、ゲート幅W(μm)として次の式で近似できる。 In order to compare the performance, the area ratio of the quantizer on the chip when obtaining the same peak SNDR was obtained. The method for obtaining the area ratio is as follows. According to semiconductor engineering, the standard deviation ΔV th (mV) of the threshold voltage of MOSFET is approximated by the following equation as gate oxide film thickness t ox (nm), gate length L (μm), and gate width W (μm). it can.

Figure 0005758434
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コンパレータオフセットはMOSFETのしきい値電圧のばらつきにより生じると仮定し、オフセットの標準偏差σoffは次の式に従うと仮定する。 It is assumed that the comparator offset is caused by variations in the threshold voltage of the MOSFET, and that the standard deviation σ off of the offset follows the following equation.

Figure 0005758434
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ただし、Kは比例係数、A=LWはゲート面積である。   However, K is a proportionality coefficient and A = LW is a gate area.

図22AはSF−A/D変換器のコンパレータのオフセット値に対する確率密度を示すグラフである。また、図22BはフラッシュA/D変換器のコンパレータのオフセット値に対する確率密度を示すグラフである。ここで、各コンパレータオフセットの標準偏差をそれぞれσ,σとし、コンパレータ1個あたりのチップ上での面積をそれぞれA、Aとする。またSF−A/D変換器のコンパレータ数をNとする。7レベルフラッシュA/D変換器のコンパレータ数は6であるから、SF−A/D変換器及びフラッシュA/D変換器のチップ面積はそれぞれ次のようになる。 FIG. 22A is a graph showing the probability density with respect to the offset value of the comparator of the SF-A / D converter. FIG. 22B is a graph showing the probability density with respect to the offset value of the comparator of the flash A / D converter. Here, the standard deviations of the comparator offsets are σ 1 and σ 2 , respectively, and the areas on the chip per comparator are A 1 and A 2 , respectively. The number of comparators of the SF-A / D converter is N. Since the number of comparators of the 7-level flash A / D converter is 6, the chip areas of the SF-A / D converter and the flash A / D converter are as follows.

Figure 0005758434
Figure 0005758434
Figure 0005758434
Figure 0005758434

したがって面積比は次のようになる。 Therefore, the area ratio is as follows.

Figure 0005758434
Figure 0005758434

まず、SF−A/D変換器の場合についてコンパレータ数を変化させてピークSNDRを求めた。コンパレータオフセットの標準偏差σはσ≒100mVとなるように設定した。 First, the peak SNDR was obtained by changing the number of comparators in the case of the SF-A / D converter. The standard deviation σ 1 of the comparator offset was set to satisfy σ 1 ≈100 mV.

図23はSF−A/D変換器(σ≒100mV)のときのコンパレータ数NとピークSNDR(Signal to Noise and Distortion Ratio)との関係を示すグラフである。なお、このデータは100回シミュレーションを行った平均値である。また、シミュレーションの条件は図21のとおりである。 FIG. 23 is a graph showing the relationship between the number of comparators N and peak SNDR (Signal to Noise and Distortion Ratio) when the SF-A / D converter (σ 1 ≈100 mV). This data is an average value obtained by performing simulation 100 times. The simulation conditions are as shown in FIG.

次に、本発明者らはフラッシュA/D変換器の場合について、しきい値ばらつきの大きさとPeakSNDRの関係をシミュレーションした。   Next, the inventors simulated the relationship between the magnitude of threshold variation and PeakSNDR in the case of a flash A / D converter.

図24はフラッシュA/D変換器のときの標準偏差σとピークSNDRとの関係を示すグラフである。このデータは100回シミュレーションを行った平均値である。また、シミュレーションの条件は図21のとおりである。図24から明らかなように、コンパレータのしきい値ばらつきの標準偏差σとピークSNDRの関係を一次式で近似する。回帰分析により求めた近似式は次のようになる。 FIG. 24 is a graph showing the relationship between the standard deviation σ 2 and the peak SNDR for the flash A / D converter. This data is an average of 100 simulations. The simulation conditions are as shown in FIG. As is clear from FIG. 24, the relationship between the standard deviation σ 2 of the comparator threshold variation and the peak SNDR is approximated by a linear expression. The approximate expression obtained by regression analysis is as follows.

Figure 0005758434
Figure 0005758434

この式より任意のσでのピークSNDRを近似的に求めることができる。これらの結果より、SF−A/D変換器3のコンパレータ数Nごとに式(7)を用いて、同じピークSNDRを得るときのσを求め、量子化器の面積を比較した。 From this equation, the peak SNDR at an arbitrary σ 2 can be obtained approximately. From these results, σ 2 for obtaining the same peak SNDR was obtained for each number N of comparators of the SF-A / D converter 3 using Equation (7), and the areas of the quantizers were compared.

図25はSF−A/D変換器を用いたときの量子化器の面積比を示す表である。図25から明らかなように、同じ分解能を実現する際、本実施形態の方式を用いることで従来方式比べ微細化が可能であることが分かる。ただし、SF−A/D変換器3のコンパレータ数Nを大きくするとピークSNDRは向上するが、量子化器の占有面積が大きくなってしまう。   FIG. 25 is a table showing the area ratio of the quantizer when the SF-A / D converter is used. As can be seen from FIG. 25, when the same resolution is realized, it is possible to reduce the size by using the method of this embodiment as compared with the conventional method. However, when the number N of comparators of the SF-A / D converter 3 is increased, the peak SNDR is improved, but the area occupied by the quantizer is increased.

次に、面積が同じであるとして、SF−A/D変換器を用いた場合とフラッシュA/D変換器を用いた場合とで分解能(PeakSNDR)を比較した。量子化器の面積が同じであるとき、式(6)の値は1となる。すなわち、次式を得る。   Next, assuming that the areas are the same, the resolution (PeakSNDR) was compared between when the SF-A / D converter was used and when the flash A / D converter was used. When the area of the quantizer is the same, the value of Equation (6) is 1. That is, the following formula is obtained.

Figure 0005758434
Figure 0005758434

このとき、σとσの関係は次のようになる。 At this time, the relationship between σ 1 and σ 2 is as follows.

Figure 0005758434
Figure 0005758434

図26はSF−A/D変換器(σ≒100mV)のときのコンパレータ数Nと標準偏差σとの関係を示す表である。図26において、各Nでのσの値を示す。ただし、N=256以下では、フルスケール入力振幅を同じにしたうえで量子化器の面積を同じにすると、LSB=57.1mVに対して標準偏差σが大きくなってしまう。このため、N=256以下では、量子化器の単調性が確保できないので、SNDRを比較することはできない。すなわち、量子化器としてSF−A/D変換器を用いることで、従来方式では検出できない微小な信号を取り扱うことが可能である。N=512ではフラッシュA/D変換器の単調性が確保できているとして、式(7)よりピークSNDRを求められる。 FIG. 26 is a table showing the relationship between the number of comparators N and the standard deviation σ 2 when the SF-A / D converter (σ 1 ≈100 mV). In FIG. 26, the value of σ 2 at each N is shown. However, when N = 256 or less, the standard deviation σ 2 becomes large with respect to LSB = 57.1 mV if the area of the quantizer is made the same with the same full-scale input amplitude. For this reason, if N = 256 or less, the monotonicity of the quantizer cannot be ensured, and therefore SNDR cannot be compared. That is, by using an SF-A / D converter as a quantizer, it is possible to handle a minute signal that cannot be detected by the conventional method. Assuming that the monotonicity of the flash A / D converter is secured at N = 512, the peak SNDR can be obtained from Equation (7).

図27はΔΣA/D変換装置100において量子化器としてSF−A/D変換器及びフラッシュA/D変換器をそれぞれ用いた場合の分解能(ピークSNDR)の比較を示す表である。図27から明らかなように、同一面積の場合SF−A/D変換器を用いることで、フラッシュA/D変換器に比べて高分解能化が可能であることが分かる。   FIG. 27 is a table showing a comparison of resolution (peak SNDR) when an SF-A / D converter and a flash A / D converter are respectively used as quantizers in the ΔΣ A / D converter 100. As is clear from FIG. 27, it can be seen that using the SF-A / D converter in the case of the same area enables higher resolution than the flash A / D converter.

さらに、本発明者らは、本実施形態で提案する方式による効果を検証するため、量子化器にSF−A/D変換器を用いてD/A変換器誤差の補正を行った場合について入力振幅とSNDRの関係をシミュレーションした。D/A変換器誤差の標準偏差はσDAC≒0.15LSBとなるよう設定した。このシミュレーションではコード補正を行った上で対応するアナログ値を生成し、FFTを行っている。シミュレーション条件は図21に示すとおりである。 Furthermore, the present inventors input the case where the D / A converter error is corrected using the SF-A / D converter as the quantizer in order to verify the effect of the method proposed in the present embodiment. The relationship between amplitude and SNDR was simulated. The standard deviation of the D / A converter error was set to be σ DAC ≈0.15LSB. In this simulation, code correction is performed, a corresponding analog value is generated, and FFT is performed. The simulation conditions are as shown in FIG.

図28は本実施形態に係るΔΣA/D変換装置100のシミュレーション結果であって、入力振幅に対するSNDRを示すグラフである。なお、コンパレータ数はN=256である。比較のため、量子化器として理想的なフラッシュA/D変換器を用い、D/A変換器に誤差が生じた場合のシミュレーション結果を併せて示している。   FIG. 28 is a graph showing a simulation result of the ΔΣ A / D conversion apparatus 100 according to the present embodiment and showing SNDR with respect to input amplitude. Note that the number of comparators is N = 256. For comparison, an ideal flash A / D converter is used as a quantizer, and a simulation result when an error occurs in the D / A converter is also shown.

上述したように、従来の方式では7レベルとすると量子化器やD/A変換器の誤差の影響により微細化が困難であったり、分解能が低下したりする。一方、図28から分かるように、本実施形態で提案する方式を用いることにより7レベルであっても分解能の維持が可能である。特にD/A変換器誤差を補正することによって大きくSNDRが向上している事が確認できる。D/A変換器誤差がない場合と比較すると、SNDRは10〜15dB程度低下するが、これは連続的な値であるD/A変換器の誤差を離散的な値であるコンパレータ数で補正していることにより生じる誤差の影響であると考えられる。また、12ビットコードでは補正しきれなかった量子化器の非線形性も影響していると考えられる。よって、量子化レベル数や補正後のコードのビット数を増やすことで改善できる。   As described above, if the level is 7 in the conventional method, miniaturization is difficult due to the influence of the error of the quantizer and the D / A converter, and the resolution is lowered. On the other hand, as can be seen from FIG. 28, the resolution can be maintained even at 7 levels by using the method proposed in this embodiment. In particular, it can be confirmed that the SNDR is greatly improved by correcting the D / A converter error. Compared with the case where there is no D / A converter error, SNDR is reduced by about 10 to 15 dB. This is because the error of the D / A converter, which is a continuous value, is corrected by the number of comparators, which is a discrete value. This is considered to be the effect of errors caused by In addition, it is considered that the nonlinearity of the quantizer, which could not be corrected by the 12-bit code, also has an influence. Therefore, it can be improved by increasing the number of quantization levels and the number of bits of the corrected code.

図29は本実施形態に係るΔΣA/D変換装置100のシミュレーション結果であって、入力振幅に対するSFDRを示すグラフである。図29から明らかなように、SNDRと同様SFDRもD/A変換器誤差補正により大きく向上しており、線形性が向上している事が確認できる。図29から明らかなように、D/A変換器誤差の補正がない場合に大きくSFDRが低下していることから、D/A変換器の非線形性が出力信号の歪みとして影響することが分かる。この場合に、入力振幅が−30dBFS付近でSFDRがピークを示すが、これは振幅が小さいときには使用されるレベルが少ないためと考えられる。   FIG. 29 is a graph showing SFDR with respect to input amplitude, which is a simulation result of the ΔΣ A / D conversion apparatus 100 according to the present embodiment. As can be seen from FIG. 29, SFDR is greatly improved by the D / A converter error correction as in SNDR, and it can be confirmed that the linearity is improved. As is clear from FIG. 29, it can be seen that the non-linearity of the D / A converter affects the distortion of the output signal because the SFDR greatly decreases when the D / A converter error is not corrected. In this case, the SFDR shows a peak when the input amplitude is in the vicinity of −30 dBFS. This is probably because the level used is small when the amplitude is small.

次いで、コンパレータ数による変化について以下に説明する。   Next, changes due to the number of comparators will be described below.

SF−A/D変換器ではコンパレータ数Nが大きい程SNDRの向上が期待できるが、Nが必要以上に大きくなると占有面積が大きくなってしまう。そのため、ΔΣ変調器にSF−A/D変換器を用いる場合に最適なコンパレータ数Nを調べる必要がある。そこでコンパレータ数Nを16から512まで変化させて、入力振幅とSNDRの関係をシミュレーションした。シミュレーション条件は図21に示すとおりである。また、100回シミュレーションを行って平均値を求めたほか、歩留まりを考慮するためSNDRの標準偏差σSNDRを求めた。 The SF-A / D converter can be expected to improve SNDR as the number of comparators N increases. However, if N increases more than necessary, the occupied area increases. Therefore, it is necessary to examine the optimum number of comparators N when using an SF-A / D converter for the ΔΣ modulator. Therefore, the number of comparators N was changed from 16 to 512, and the relationship between the input amplitude and SNDR was simulated. The simulation conditions are as shown in FIG. In addition to performing 100 simulations to obtain an average value, a SNDR standard deviation σ SNDR was obtained in order to consider the yield.

図31A〜図31Fはそれぞれ、本実施形態に係るΔΣA/D変換装置100のシミュレーション結果であって、コンパレータ数N=16,32,64,128,256,512のときの入力振幅に対するSNDRを示すグラフである。ここで歩留まりを考慮するためピークSNDRについて以下の値を計算する。   31A to 31F are simulation results of the ΔΣ A / D conversion device 100 according to this embodiment, and show SNDR with respect to input amplitude when the number of comparators N = 16, 32, 64, 128, 256, and 512, respectively. It is a graph. Here, in order to consider the yield, the following values are calculated for the peak SNDR.

Figure 0005758434
Figure 0005758434

SNDRは最も悪い場合のピークSNDRを表している。統計的には99.7の場合これ以上のSNDRが得られるといえる。すなわち平均値が大きくてもばらつきσSNDRが大きいとこの式(10)の値は小さくなる。 SNDR w represents the peak SNDR in the worst case. Statistically, it can be said that SNDR higher than this is obtained in the case of 99.7. That is, even if the average value is large, if the variation σ SNDR is large, the value of the equation (10) becomes small.

図32は本実施形態に係るΔΣA/D変換装置100のシミュレーション結果であって、コンパレータ数Nに対する歩留まりを考慮したピークSNDR(SNDR)を示すグラフである。図32から明らかなように、コンパレータ数Nが大きくなるとSNDRが向上する割合が小さくなることが分かる。また、コンパレータ数Nが大きくなるほどSNDRのばらつきは小さくなり歩留まりが良くなると言える。この結果より、必要となるSNDRが決まればコンパレータ数を決定することが可能となる。 FIG. 32 is a graph showing a simulation result of the ΔΣ A / D conversion apparatus 100 according to the present embodiment and showing a peak SNDR (SNDR w ) in consideration of a yield with respect to the number N of comparators. As is apparent from FIG. 32, it can be seen that as the number of comparators N increases, the rate of improvement in SNDR decreases. Further, it can be said that the larger the number N of comparators, the smaller the SNDR variation and the better the yield. From this result, the number of comparators can be determined if the required SNDR is determined.

以上説明したように、素子特性ミスマッチは微細化とともに増大し、LSIデバイスの精度を維持する上で大きな問題となる。ΔΣ変調器でも多ビット化によって、量子化器、D/A変換器に対する素子特性ミスマッチの影響は大きくなり、分解能の低下につながる。そこで、本実施形態では、確率的手法を用いて素子特性ミスマッチを積極的に利用し、ΔΣ型A/D変換器の高分解能化を達成する方式を提案した。従来方式の量子化器ではコンパレータオフセットにより分解能が制限されるため、微細化が困難であった。そこで本実施形態ではオフセットの統計性を利用したSF−A/D変換器を量子化器として用いることで、微細化及び微弱信号の検出が可能な方式を提案した。   As described above, the element characteristic mismatch increases with miniaturization, and becomes a big problem in maintaining the accuracy of the LSI device. Even in the ΔΣ modulator, due to the increase in the number of bits, the influence of the element characteristic mismatch on the quantizer and the D / A converter increases, leading to a decrease in resolution. Therefore, in the present embodiment, a method has been proposed in which element characteristic mismatch is positively used using a probabilistic method to achieve high resolution of the ΔΣ A / D converter. The conventional quantizer is difficult to miniaturize because the resolution is limited by the comparator offset. In view of this, the present embodiment has proposed a method capable of miniaturization and detection of a weak signal by using an SF-A / D converter using statistical properties of an offset as a quantizer.

また、システムレベルのシミュレーションを行うことで、量子化器としてSF−A/D変換器を用いることにより、微細化及び高分解能化が可能であることを確認した。従来の方式ではΔΣ変調器を多ビット化する場合、D/A変換器の誤差が大きな問題となり、分解能の維持が困難であった。そのためDEMのようなD/A変換器誤差補正技術が必要であるが、この方式は周期的選択による歪みの発生、消費電力の増加という問題が存在する。   Moreover, it was confirmed that miniaturization and high resolution can be achieved by using an SF-A / D converter as a quantizer by performing a system level simulation. In the conventional method, when the ΔΣ modulator is multi-bit, the error of the D / A converter becomes a big problem, and it is difficult to maintain the resolution. For this reason, a D / A converter error correction technique such as DEM is required. However, this method has problems that distortion occurs due to periodic selection and power consumption increases.

そこで、本実施形態ではSF−A/D変換器によりD/A変換器誤差を補正する方式を提案した。シミュレーションにより、本方式を用いることでD/A変換器の誤差が補正でき、多ビットのΔΣ変調器の分解能を向上できることが確認できた。これによりΔΣ変調器の多ビット化に伴う性能劣化が低減でき、ダイナミックレンジや安定性を高めることができる。   Therefore, in this embodiment, a method for correcting the D / A converter error by the SF-A / D converter has been proposed. It was confirmed by simulation that the D / A converter error can be corrected by using this method, and the resolution of the multi-bit ΔΣ modulator can be improved. As a result, it is possible to reduce the performance degradation accompanying the increase in the number of bits of the ΔΣ modulator, and to increase the dynamic range and stability.

従って、本実施形態で提案したSF−A/D変換器を用いた量子化器とそれによるD/A変換器誤差補正により、微細CMOSプロセスを用いた高分解能A/D変換器が実現可能になる。   Therefore, the high-resolution A / D converter using the fine CMOS process can be realized by the quantizer using the SF-A / D converter proposed in the present embodiment and the D / A converter error correction using the quantizer. Become.

以上詳述したように、本発明に係るA/D変換装置によれば、以下の効果を有する。
(1)DEMを用いず、従来技術に比較して回路構成が簡単であって高精度で安定してA/D変換できるA/D変換装置を提供できる。これにより、A/D変換装置を低電力化及び小面積化できる。
(2)A/D変換装置において、コンパレータオフセットの統計性を解析して制御し、オフセットレベル以下の信号も検出でき、素子特性ミスマッチの大きい微細プロセスでもダイナミックレンジを確保できる。
(3)高精度ΔΣA/D変換装置の設計効率が向上し、市場要求や製造技術変更への対応が容易となる。
As described above in detail, the A / D converter according to the present invention has the following effects.
(1) It is possible to provide an A / D converter that does not use a DEM, has a simpler circuit configuration than the prior art, and can perform A / D conversion stably with high accuracy. As a result, the A / D converter can be reduced in power and area.
(2) In the A / D converter, the statistical property of the comparator offset is analyzed and controlled, a signal below the offset level can be detected, and a dynamic range can be secured even in a fine process with a large element characteristic mismatch.
(3) The design efficiency of the high-accuracy ΔΣ A / D converter is improved, and it becomes easy to respond to market demands and manufacturing technology changes.

1…減算器、
2…低域通過フィルタ(LPF)、
3…並列型確率的A/D変換器、
4…可変レベルデジタル量子化器、
5…デコーダ、
6…D/A変換器、
7…テーブルメモリ、
7a,7b…レジスタテーブル、
8…D/A変換器誤差補正回路、
11−1〜11−N…コンパレータ、
12…加算器、
13…参照電圧発生器、
14−1〜14−N…加算器、
15…サーモメータバイナリ変換エンコーダ、
21〜24…積分器、
25…量子化器(A/D変換器)、
26…D/A変換器、
27…加算器、
31〜34…減算器、
35〜37…加算器、
41〜44…乗算器(D/A変換を具備),
51〜54,61〜65…乗算器、
70…直流電圧源、
100…ΔΣA/D変換装置、
101…参照電圧発生器、
102…A/D変換器、
103…誤差演算器、
110…適応化コントローラ、
C1〜CN…キャパシタ、
G1,G2…コンパレータグループ、
S1〜SN…スイッチ。
1 ... subtractor,
2 ... Low-pass filter (LPF),
3 ... Parallel type stochastic A / D converter,
4 ... Variable level digital quantizer,
5 ... Decoder,
6 ... D / A converter,
7 ... Table memory,
7a, 7b ... register table,
8: D / A converter error correction circuit,
11-1 to 11-N: Comparator,
12 ... adder,
13: Reference voltage generator,
14-1 to 14-N ... adder,
15 ... Thermometer binary conversion encoder,
21-24 ... integrators,
25 ... Quantizer (A / D converter),
26 ... D / A converter,
27. Adder,
31-34 ... subtractor,
35-37 ... adder,
41-44 ... multiplier (comprising D / A conversion),
51-54, 61-65 ... multiplier,
70: DC voltage source,
100: ΔΣ A / D converter,
101 ... Reference voltage generator,
102 ... A / D converter,
103 ... error calculator,
110 ... Adaptation controller,
C1 to CN: capacitors,
G1, G2 ... Comparator group,
S1 to SN: switches.

Claims (5)

入力アナログ電圧から、D/A変換手段からのアナログ電圧を減算して、減算結果のアナログ電圧を出力する減算手段と、
上記減算手段からのアナログ電圧を低域通過もしくは帯域通過ろ波して出力するフィルタと、
非線形な入出力特性をそれぞれ有する複数の量子化器を含み、変更可能な複数の量子化レベルを有し、上記フィルタからのアナログ電圧を第1のビットコードのデジタルデータにA/D変換して出力するA/D変換手段と、
上記A/D変換手段からの第1のビットコードのデジタルデータをアナログ電圧にD/A変換して上記減算手段に出力する上記D/A変換手段と、
第1のビットコードのデジタルデータを、上記第1のビットコードのビット数よりも大きいビット数を有する第2のビットコードのデジタルデータに復号化するためのマッピングテーブルを有し、上記第1のビッコードのデジタルデータを上記第2のビットコードのデジタルデータに復号化して出力する復号化手段と、
上記A/D変換手段の複数の量子化レベルと、上記復号化手段のマッピングテーブルを、上記D/A変換手段の誤差が最小となるように設定する制御手段とを備え
上記復号化手段は、上記入力アナログ電圧に対して線形に対応した上記第2のビットコードのデジタルデータを得るように上記A/D変換手段の各量子化器の非線形な入出力特性を補正して復号化することを特徴とするA/D変換装置。
Subtracting means for subtracting the analog voltage from the D / A conversion means from the input analog voltage and outputting the analog voltage of the subtraction result;
A filter that outputs the analog voltage from the subtracting means by low-pass or band-pass filtering;
Including a plurality of quantizers each having nonlinear input / output characteristics, having a plurality of variable quantization levels, and A / D converting the analog voltage from the filter into digital data of a first bit code A / D conversion means for outputting;
The D / A conversion means for D / A converting the digital data of the first bit code from the A / D conversion means into an analog voltage and outputting the analog data to the subtraction means;
A mapping table for decoding digital data of the first bit code into digital data of a second bit code having a number of bits larger than the number of bits of the first bit code; the digital data bits code decoding means and outputting the decoded digital data of the second bit codes,
Comprising a plurality of quantization levels of the A / D converting means, and a mapping table of said decoding means, and control means an error of the D / A converter is set to be minimum,
The decoding means corrects nonlinear input / output characteristics of each quantizer of the A / D conversion means so as to obtain digital data of the second bit code linearly corresponding to the input analog voltage. And an A / D converter characterized by decoding .
上記A/D変換手段は、
それぞれ互いに異なるしきい値を有する複数のコンパレータと、当該複数のコンパレータからの各出力信号を加算する加算器を含み、上記フィルタからのアナログ電圧をデジタルデータにA/D変換する並列型確率的A/D変換手段と、
変更可能な複数の量子化レベルを有し、上記並列型確率的A/D変換手段からのデジタルデータをデジタル量子化して所定の第1のビットコードのデジタルデータを出力するデジタル量子化手段とを備えたことを特徴とする請求項1記載のA/D変換装置。
The A / D conversion means is
A parallel type stochastic A that includes a plurality of comparators each having a different threshold value and an adder that adds output signals from the plurality of comparators, and A / D converts the analog voltage from the filter into digital data / D conversion means;
Digital quantization means having a plurality of changeable quantization levels and digitally quantizing digital data from the parallel stochastic A / D conversion means to output digital data of a predetermined first bit code; The A / D conversion apparatus according to claim 1, further comprising:
上記制御手段は、所定の基準信号を入力したときに、当該A/D変換装置から出力されるデジタルデータと、上記基準信号を当該A/D変換装置よりも高い精度でA/D変換可能な別のA/D変換器によりA/D変換たときのデジタルデータとの誤差を最小化させることにより、上記D/A変換手段の誤差を最小化させることを特徴とする請求項1又は2記載のA/D変換装置。 The control means can A / D convert the digital data output from the A / D converter and the reference signal with higher accuracy than the A / D converter when a predetermined reference signal is input. by minimizing the error between the digital data when a / D conversion by a separate a / D converter, according to claim 1 or 2, characterized in that to minimize the error of the D / a converter The A / D conversion device described. 上記制御手段は、上記デジタル量子化手段の複数の量子化レベルと、上記復号化手段のマッピングテーブルのうちの少なくとも一方を、上記D/A変換手段の誤差が最小となるように適応化することを特徴とする請求項記載のA/D変換装置。 The control means adapts at least one of the plurality of quantization levels of the digital quantization means and the mapping table of the decoding means so that the error of the D / A conversion means is minimized. The A / D converter according to claim 2 . 上記A/D変換手段の複数のコンパレータは、第1のコンパレータ群と、第2のコンパレータ群とに分割されて構成され、
上記第1のコンパレータ群の各しきい値は所定のオフセットの標準偏差に設定され、
上記第2のコンパレータ群の各しきい値は上記オフセットの標準偏差の逆符号の値に設定されることを特徴とする請求項記載のA/D変換装置。
The plurality of comparators of the A / D conversion means are configured to be divided into a first comparator group and a second comparator group,
Each threshold value of the first comparator group is set to a standard deviation of a predetermined offset,
3. The A / D converter according to claim 2 , wherein each threshold value of the second comparator group is set to a value of an opposite sign of the standard deviation of the offset.
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