JP6253608B2 - アナログ/デジタル変換回路 - Google Patents
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Description
第1の実施形態のアナログ/デジタル変換回路(AD変換回路)について説明する。
図1は、第1の実施形態のAD変換回路の構成を示すブロック図である。図示するように、AD変換回路10は、設定回路1、第1のアナログ/デジタル変換器(ADC)2、電圧/時間変換回路3、時間/電圧変換回路4、第2のアナログ/デジタル変換器(ADC)5、及びデジタル処理回路6を備える。AD変換回路10は通常動作と補正動作を含む。通常動作は、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する動作である。補正動作は、AD変換回路10におけるアナログ/デジタル変換の精度劣化を補正する動作である。
設定回路1は、スイッチ11及び電圧源12を含む。設定回路1は、補正動作時に、入力信号を電圧源12が供給する第1の電圧、例えば“H(Hgih)”レベルに固定する。第1のアナログ/デジタル変換器2は、第1の電圧をアナログ/デジタル変換し、第1のデジタル信号を出力する。
電圧/時間変換回路3は、電圧信号を時間信号に変換(以下、電圧/時間変換と記す)する回路であり、入力信号と、第1のアナログ/デジタル変換器2から出力された第1のデジタル信号をアナログ信号に変換した結果とを加減算する。電圧/時間変換回路3は、また後述するデジタル処理回路6から出力されるデジタル制御信号DCNT[X:0]に基づいて、電圧/時間変換回路3内の電流源の電流値を調整する機能を有する。
時間/電圧変換回路4は、時間信号を電圧信号に変換(以下、時間/電圧変換と記す)する回路であり、電圧/時間変換回路3から出力された信号をアナログ信号に変換した結果を加減算する。時間/電圧変換回路4は、また後述するデジタル処理回路6から出力されるデジタル制御信号DCNT[X:0]に基づいて、時間/電圧変換回路4内の電流源の電流値を調整する機能を有する。
前述した電流源151および電流源211として、例えば図6に示す電流源を採用することができる。図6は、電圧/時間変換回路3内及び時間/電圧変換回路4内の電流源151,211の構成例を示す回路図である。
第1の実施形態のAD変換回路10におけるゲイン補正動作の概要を説明する。図9は補正動作時の電圧/時間変換回路3の入力(VtoT_IN)と時間/電圧変換回路4の出力(TtoV_OUT)との関係を示す。補正動作の概要は以下のようになる。
図11を用いて、第1の実施形態のAD変換回路10における補正動作について説明する。図11は、AD変換回路10における補正動作を示すフローチャートである。
図12を用いて、AD変換回路10における他の補正動作について説明する。図12は、AD変換回路10における他の補正動作を示すフローチャートである。
第2の実施形態のアナログ/デジタル変換回路について説明する。第2の実施形態では、電圧/時間変換回路3内及び時間/電圧変換回路4内の電流源端に接続された可変キャパシタによって、電圧/時間変換回路3及び時間/電圧変換回路4を含む増幅回路のゲインを調整する。ここでは、第1の実施形態と異なる構成を説明する。その他の構成は、前記第1の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
図13は、第2の実施形態における電圧/時間変換回路3の構成を示す回路図である。図2Aに示した信号生成回路150は、電流源151に電流調整端子を有していたが、第2実施形態では電流調整端子を設けず、電流源151の出力端子に可変キャパシタ160を接続する。可変キャパシタ160は、デジタル制御信号DCNT[X:0]に応じて、容量が可変可能である。その他の構成は、図2Aに示した電圧/時間変換回路3と同様である。
図14は、第2の実施形態における時間/電圧変換回路4の構成を示す回路図である。図4に示した信号生成回路210は、電流源211に電流調整端子を有していたが、第2実施形態では電流調整端子を設けず、電流源211の出力端子に可変キャパシタ160を接続する。可変キャパシタ160は、デジタル制御信号DCNT[X:0]に応じて、容量が可変可能である。その他の構成は、図4に示した時間/電圧変換回路4と同様である。
図15は、電圧/時間変換回路3内及び時間/電圧変換回路4内の可変キャパシタ160の回路図である。図示するように、可変キャパシタ160は、(X+1)個のサブ容量部161を含む。各サブ容量部161は、インバータ162、トランジスタ163、及びキャパシタ164を含む。
前記動作により、(X+1)個のサブ容量部161のうちのいくつかのキャパシタ164に電荷を充電することにより、可変キャパシタ160の容量を調整する。
第3の実施形態のAD変換回路について説明する。前記第1,第2の実施形態ではデジタル/アナログ変換機能を持った電圧/時間変換回路3を示したが、第3の実施形態では、電圧/時間変換回路3からデジタル/アナログ変換機能を分離し、別に設けた例を示す。
図16は、第3の実施形態のAD変換回路の構成を示すブロック図である。図示するように、AD変換回路20は、設定回路1、第1のアナログ/デジタル変換器(ADC)2、電圧/時間変換回路3a、時間/電圧変換回路4、第2のアナログ/デジタル変換器(ADC)5、デジタル処理回路6、及びデジタル/アナログ変換器7を備える。
変形例として、デジタル/アナログ変換機能を含む電圧/時間変換回路3に、第1のアナログ/デジタル変換器2の機能を含めてもよい。図18は、変形例の電圧/時間変換回路3bの構成を示す回路図である。電圧/時間変換回路3bは、図2Aに示した電圧/時間変換回路3に、検出器1160、及び逐次比較型(SAR)ロジック1170を追加したものである。
第4の実施形態のAD変換回路について説明する。第4の実施形態では、第1のアナログ/デジタル変換器2の出力に補正係数を乗算することにより、デジタル出力を補正する。
図19は、第4の実施形態のAD変換回路の構成を示すブロック図である。図示するように、AD変換回路30は、設定回路1、第1のアナログ/デジタル変換器2、電圧/時間変換回路3、時間/電圧変換回路4、第2のアナログ/デジタル変換器5、及びデジタル処理回路6aを備える。その他の構成及び効果は、前記第1の実施形態と同様である。
第4の実施形態のAD変換回路30における補正動作の概要を説明する。図20は補正動作時の電圧/時間変換回路3の入力と時間/電圧変換回路4の出力との関係を示す。
Claims (11)
- 入力を第1の電圧に固定する設定回路と、
前記第1の電圧を第1のデジタル信号に変換する第1のアナログ/デジタル変換器と、
第1キャパシタと前記第1キャパシタに電流を供給する第1の電流源とを有し、前記第1の電圧と前記第1のデジタル信号をアナログ信号に変換した結果との残差信号を取得し、前記第1キャパシタに充電された電圧に応じて、前記残差信号を時間信号に変換する電圧/時間変換回路と、
第2キャパシタと前記第2キャパシタに電流を供給する第2の電流源とを有し、前記第2キャパシタに充電された電圧に応じて、前記時間信号を電圧信号に変換する時間/電圧変換回路と、
前記電圧信号を第2のデジタル信号に変換する第2のアナログ/デジタル変換器と、
前記第2のデジタル信号に基づいて、前記第1の電流源または前記第2の電流源の少なくとも1つ電流源の電流値を調整する第3のデジタル信号を出力するデジタル処理回路と、
を具備するアナログ/デジタル変換回路。 - 入力を第1の電圧に固定する設定回路と、
前記第1の電圧を第1のデジタル信号に変換する第1のアナログ/デジタル変換器と、
第1キャパシタと、第1可変キャパシタと、前記第1キャパシタ及び前記第1可変キャパシタに電流を供給する第1の電流源とを有し、前記第1の電圧と前記第1のデジタル信号をアナログ信号に変換した結果との残差信号を取得し、前記第1キャパシタ及び前記第1可変キャパシタに充電された電圧に応じて、前記残差信号を時間信号に変換する電圧/時間変換回路と、
第2キャパシタと、第2可変キャパシタと、前記第2キャパシタ及び前記第2可変キャパシタに電流を供給する第2の電流源とを有し、前記第2キャパシタ及び前記第2可変キャパシタに充電された電圧に応じて、前記時間信号を電圧信号に変換する時間/電圧変換回路と、
前記電圧信号を第2のデジタル信号に変換する第2のアナログ/デジタル変換器と、
前記第2のデジタル信号に基づいて、前記第1の電流源または前記第2の電流源の少なくとも1つの電流源の電流値を調整する第3のデジタル信号を出力するデジタル処理回路と、
を具備するアナログ/デジタル変換回路。 - 入力を第1の電圧に固定する設定回路と、
前記第1の電圧を第1のデジタル信号に変換する第1のアナログ/デジタル変換器と、
前記第1の電圧と前記第1のデジタル信号をアナログ信号に変換した結果との残差信号を出力するデジタル/アナログ変換器と、
第1キャパシタと前記第1キャパシタに電流を供給する第1の電流源とを有し、前記第1キャパシタに充電された電圧に応じて、前記残差信号を時間信号に変換する電圧/時間変換回路と、
第2キャパシタと前記第2キャパシタに電流を供給する第2の電流源とを有し、前記第2キャパシタに充電された電圧に応じて、前記時間信号を電圧信号に変換する時間/電圧変換回路と、
前記電圧信号を第2のデジタル信号に変換する第2のアナログ/デジタル変換器と、
前記第2のデジタル信号に基づいて、前記第1の電流源または前記第2の電流源の少なくとも1つの電流源の電流値を調整する第3のデジタル信号を出力するデジタル処理回路と、
を具備するアナログ/デジタル変換回路。 - 入力を第1の電圧に固定する設定回路と、
前記第1の電圧を第1のデジタル信号に変換する第1のアナログ/デジタル変換器と、
前記第1の電圧と前記第1のデジタル信号をアナログ信号に変換した結果との残差信号を出力するデジタル/アナログ変換器と、
第1キャパシタと、第1可変キャパシタと、前記第1キャパシタ及び前記第1可変キャパシタに電流を供給する第1の電流源とを有し、前記第1キャパシタ及び前記第1可変キャパシタに充電された電圧に応じて、前記残差信号を時間信号に変換する電圧/時間変換回路と、
第2キャパシタと、第2可変キャパシタと、前記第2キャパシタ及び前記第2可変キャパシタに電流を供給する第2の電流源とを有し、前記第2キャパシタ及び前記第2可変キャパシタに充電された電圧に応じて、前記時間信号を電圧信号に変換する時間/電圧変換回路と、
前記電圧信号を第2のデジタル信号に変換する第2のアナログ/デジタル変換器と、
前記第2のデジタル信号に基づいて、前記第1の電流源または前記第2の電流源の少なくとも1つの電流源の電流値を調整する第3のデジタル信号を出力するデジタル処理回路と、
を具備するアナログ/デジタル変換回路。 - 前記電圧/時間変換回路は、さらに、電圧源と、前記第1キャパシタと前記電圧源とを短絡または開放するスイッチとを有するサンプリング回路を備える請求項1乃至4のいずれかに記載のアナログ/デジタル変換回路。
- 前記時間/電圧変換回路は、さらに、電圧源と、前記第2キャパシタと前記電圧源とを短絡または開放するスイッチとを有するサンプリング回路を備える請求項1乃至5のいずれかに記載のアナログ/デジタル変換回路。
- 前記電圧/時間変換回路は、さらに、電圧源と、前記電圧源に接続された抵抗ラダーと、前記抵抗ラダーの接続を切り替えるスイッチとを有する請求項1乃至4のいずれかに記載のアナログ/デジタル変換回路。
- 前記電圧/時間変換回路は前記第1のアナログ/デジタル変換器を含み、前記第1のアナログ/デジタル変換器は、前記電圧源、前記第1キャパシタ、及び前記スイッチを前記電圧/時間変換回路と共用し、
前記第1のアナログ/デジタル変換器は、さらに、前記スイッチを制御する逐次比較ロジックと、前記第1キャパシタの電圧を比較電圧と比較し、比較結果を前記逐次比較ロジックに出力する検出器とを有する請求項5に記載のアナログ/デジタル変換回路。 - 前記デジタル処理回路は、
前記設定回路により入力を前記第1の電圧に固定させ、
前記第1のアナログ/デジタル変換器の出力を第1のコードと第2のコードにそれぞれ固定し、
前記第1のコードに対する前記第2のアナログ/デジタル変換器の出力と、前記第2のコードに対する前記第2のアナログ/デジタル変換器の出力との出力差を取り、
前記出力差に基づいて補正係数を設定し、
前記第1のアナログ/デジタル変換器の出力に前記補正係数を乗算する請求項1乃至4のいずれかに記載のアナログ/デジタル変換回路。 - 前記第2のアナログ/デジタル変換器の前記出力差は、前記第2のアナログ/デジタル変換器の入力レンジよりも小さい請求項9に記載のアナログ/デジタル変換回路。
- 前記デジタル処理回路は、前記第3のデジタル信号をバイナリサーチで決定する請求項1乃至4のいずれかに記載のアナログ/デジタル変換回路。
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