JP6287433B2 - 逐次比較型アナログ−デジタル変換器、物理量検出センサー、電子機器及び移動体並びに逐次比較型アナログ−デジタル変換方法 - Google Patents
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Description
電荷再配分型デジタル−アナログ変換回路と、
前記電荷再配分型デジタル−アナログ変換回路の出力電圧と基準電圧とを比較する比較器と、
前記比較器の比較結果に基づいて、前記電荷再配分型デジタル−アナログ変換回路を制御する制御回路と、
有し、
前記電荷再配分型デジタル−アナログ変換回路は、
k(4≦kを満たす整数)個の単位要素の各々が、スイッチと単位容量とを直列接続して構成され、共通出力線に並列接続される前記k個の単位要素が二次元配列された単位容量アレイと、
前記k個の単位要素の中のDEM(ダイナミック・エレメント・マッチング)対象のj(4≦j≦kを満たす整数)個の単位要素が有する前記スイッチの少なくとも3つの入力端子のうち一つの入力端子に、m(2≦m<jを満たす整数)本の電圧供給線を介して供給される電圧の一つを前記DEMに基づいて選択するセレクタと、
を有し、
前記制御回路は、前記比較器の比較結果に基づいて、前記セレクタと、前記k個の単位要素の各々の前記スイッチとを制御し、
前記セレクタは、
前記単位容量アレイにてアナログ電圧をサンプルホールドする第1期間では、前記セレクタは、前記m本の電圧供給線に共通して供給される変換対象のアナログ電圧を選択し、
前記第1期間に続いて逐次比較する第2期間では、前記セレクタは、前記m本の電圧供給線に供給される電圧としてm個の重み付け参照電圧を選択する逐次比較型アナログ−デジタル変換器に関する。
電荷再配分型デジタル−アナログ変換回路に設けられ、各々がスイッチと単位容量とを直列接続して構成されるk(4≦kを満たす整数)個の単位要素の中で、かつ、DEM(ダナミック・エレメント・マッチング)対象となっているj(4≦j≦kを満たす整数)個の単位要素のうち、m(2≦m<jを満たす整数)個の単位要素を前記DEMによって指定し、
前記m個の単位要素に各々設けられた前記スイッチの少なくとも3つの入力端子のうち一つの入力端子を介して、抵抗分圧型デジタル−アナログ変換回路にて参照電圧を抵抗分圧して得た重み付け参照電圧を前記m個の単位要素に供給し、
残りの(j−m)個の単位要素が有する前記スイッチを介して、前記一つの入力端子以外の他の入力端子に供給される前記参照電圧及びグランド電圧の一方を、前記(j−m)個の単位要素に供給する逐次比較型アナログ−デジタル変換方法に関する。
図1に示す例えば10ビット逐次比較型AD変換回路1は、図1示す電荷再配分型デジタル−アナログ(DA)変換回路10と、図2に示す例えばR−2R型の抵抗分圧型DA変換回路100とを有する。図3は、図1に示す電荷再配分型DA変換回路10の単位容量アレイ13の平面レイアウトを示している。
電荷再配分型DA変換回路のみで10ビットを構成すると、容量比が最大512倍となり、回路面積が大きくなる。本実施形態では、上位4ビットは単位容量値(C1)の並列接続により容量比8:4:2:1を持たせ、下位6ビットには容量比を持たせず、スイッチSWに接続される参照電圧に1/2:1/4:1/8:1/16:1/32:1/64の重み付けを持たせている。この重み付け参照電圧は、図2に示す抵抗分圧DA変換回路100で生成する。この構成により、容量比が最大8倍に抑えられ、回路面積を小さくできる。
変換時に重み付け参照電圧またはグランド電圧に接続される単位要素グループは、図7(A)に示す一回目の変換では単位要素グループ11Bである。この単位要素グループ11Bは、ポインタPが設定された列の次の一列となるように、制御信号DEM_SUB[*]により指定される。この単位要素グループの指定制御と、セレクタ15での切り替え制御により、指定された単位要素グループ11B内の単位容量C1_15〜C1_13にもDEMが適用される。図7(A)(B)の対比から、CC6、CC5、CC4は、一回目の変換と二回目の変換では異なる単位容量で構成されているのが分かる。
図8は、差動信号PIN,NINに適用される逐次比較型AD変換回路2を示す回路図である。なお、図8において図1に示す部材と同一機能を有する部材については同一符号を付している。図8の実施形態では、容量アレイとして、第1共通出力線12Aにk個の単位要素11が並列接続された第1容量アレイ13Aと、第2共通出力線12Bにk個の単位要素11が並列接続された第2容量アレイ13Bとを有する。
図10及び図11は、図6に示す等価回路と同様に、並列接続される単位容量により容量比を持たせた電荷再配分型デジタル−アナログ変換回路の等価回路図である。図10は上述した実施形態の通り、実線枠で示すDEM適応範囲内にて、容量比を持たない単位容量(1C)に接続される参照電圧に重み付け(比)を持たせた範囲は、破線枠で示すようにDEM適応範囲(実線枠)の下位に設けた例を示している。これとは異なり、図11のようにしても良い。図11は、DEM適応範囲(実線枠)の下位でなく中位に、容量比を持たない単位容量(1C)に接続される参照電圧に重み付け(比)を持たせた範囲(破線枠)を設けた例を示している。
図12は、物理量検出センサーの一例である加速度センサー300を示している。加速度センサー300は、3軸加速度センサー素子310と、IC320とを有する。3軸加速度センサー素子310は、X軸、Y軸およびZ軸をそれぞれの検出軸とする第1〜第3の差動容量型加速度センサー素子310X,310Y,310Zが設けられている。
図13は電子機器の一具体例としてのスマートフォン401を概略的に示す。スマートフォン401には図12に示す三軸型加速度センサー300に加え、三軸ジャイロセンサーおよびそれに接続される検出回路を備えた物理量検出装置500が組み込まれる。物理量検出装置500はスマートフォン401の姿勢を検出することができる。いわゆるモーションセンシングが実施される。物理量検出装置500の検出信号は例えばマイクロコンピューターチップ(MPU)402に供給されることができる。MPU402はモーションセンシングに応じて様々な処理を実行することができる。その他、こういったモーションセンシングは、携帯電話機、携帯型ゲーム機、ゲームコントローラー、カーナビゲーションシステム、ポインティングデバイス、ヘッドマウンティングディスプレイ、タブレットパソコン等の電子機器で利用されることができる。モーションセンシングの実現にあたって物理量検出装置500は組み込まれることができる。
Claims (16)
- 電荷再配分型デジタル−アナログ変換回路と、
前記電荷再配分型デジタル−アナログ変換回路の出力電圧と基準電圧とを比較する比較器と、
前記比較器の比較結果に基づいて、前記電荷再配分型デジタル−アナログ変換回路を制御する制御回路と、
有し、
前記電荷再配分型デジタル−アナログ変換回路は、
k(kは4≦kを満たす整数)個の単位要素の各々が、スイッチと単位容量とを直列接続して構成され、共通出力線に並列接続される前記k個の単位要素が二次元配列された単位容量アレイと、
前記k個の単位要素の中のDEM(ダイナミック・エレメント・マッチング)対象のj(jは4≦j≦kを満たす整数)個の単位要素が有する前記スイッチの少なくとも3つの入力端子のうち一つの入力端子に、m(mは2≦m<jを満たす整数)本の電圧供給線を介して供給される電圧の一つを前記DEMに基づいて選択するセレクタと、
を有し、
前記制御回路は、前記比較器の比較結果に基づいて、前記セレクタと、前記k個の単位要素の各々の前記スイッチとを制御し、
前記セレクタは、
前記単位容量アレイにてアナログ電圧をサンプルホールドする第1期間では、前記セレクタは、前記m本の電圧供給線に共通して供給される変換対象のアナログ電圧を選択し、
前記第1期間に続いて逐次比較する第2期間では、前記セレクタは、前記m本の電圧供給線に供給される電圧としてm個の重み付け参照電圧を選択することを特徴とする逐次比較型アナログ−デジタル変換器。 - 請求項1において、
前記重み付け参照電圧は、抵抗分圧型デジタルーアナログ変換回路により参照電圧を抵抗分圧して生成されることを特徴とする逐次比較型アナログ−デジタル変換器。 - 請求項1または2において、
前記制御回路は、
前記第1期間では、前記一つの入力端子が前記単位容量と導通するように前記スイッチを切り替え、
前記第2期間では、前記m個の単位要素に、m個の重み付け参照電圧の一つ及びグランド電圧の一方が供給されるように前記スイッチを切り替え、残りの(j−m)個の単位要素に、前記スイッチの前記一つの入力端子以外の他の入力端子に供給されている前記参照電圧及び前記グランド電圧の一方が供給されるように前記スイッチを切り替えることを特徴とする逐次比較型アナログ−デジタル変換器。 - 請求項3において、
前記j個の単位要素は、M行×N列(NはN≧2を満たす整数,MはM≧mを満たす整数)に配列され、
前記M行×N列の行列の行方向に沿って、M行の各行毎に、前記m本の電圧供給線の1本と、前記参照電圧の供給線と、前記グランド電圧の供給線とが延びており、
前記M行×N列の行列の列方向に沿って、N列の各列に、前記m個の単位要素を指定する少なくとも1本の制御信号線と、前記少なくとも3つの入力端子の一つを選択するm本の制御信号線とが延びていることを特徴とする逐次比較型アナログ−デジタル変換器。 - 請求項4において、
N>Mであることを特徴とする逐次比較型アナログ−デジタル変換器。 - 請求項5において、
M=mであることを特徴とする逐次比較型アナログ−デジタル変換器。 - 請求項4乃至6のいずれか一項において、
j<kであり、前記DEM対象外の(k−j)個の単位要素が、前記M行×N列の行列の最端列の隣に配置され、
前記(k−j)個の単位要素がそれぞれ有する前記スイッチの入力端子の一つに、前記m個の重み付け参照電圧の一つが入力され、他の一つに前記グランド電圧が入力されることを特徴とする逐次比較型アナログ−デジタル変換器。 - 請求項1乃至7のいずれか一項において、
前記共通出力線に共通電圧を供給するリセットスイッチをさらに有し、前記セレクタは、前記単位容量をリセットする時に前記共通電圧を選択して、前記単位容量の両端に前記共通電圧を供給することを特徴とする逐次比較型アナログ−デジタル変換器。 - 請求項1乃至8のいずれか一項において、
前記単位容量アレイは、第1共通出力線に前記k個の単位要素が並列接続された第1容量アレイと、第2共通出力線に前記k個の単位要素が並列接続された第2容量アレイとを有し、
前記セレクタは、2本の差動信号線の1本から前記アナログ電圧が入力され、前記第1容量アレイに接続される第1セレクタと、前記2本の差動信号線の他の1本から前記アナログ電圧が入力され、前記第2容量アレイに接続される第2セレクタとを有し、
前記比較器は、前記第1,第2の共通出力線からの出力を比較することを特徴とする逐次比較型アナログ−デジタル変換器。 - 物量検出センサー素子と、
前記物量検出センサー素子と接続され、請求項1乃至9のいずれか一項に記載の逐次比較型アナログ−デジタル変換器を含むICと、
を有することを特徴とする物理量検出センサー。 - 請求項10に記載の物理量検出センサーを有することを特徴とする電子機器。
- 請求項10に記載の物理量検出センサーを有することを特徴とする移動体。
- 電荷再配分型デジタル−アナログ変換回路に設けられ、各々がスイッチと単位容量とを直列接続して構成されるk(kは4≦kを満たす整数)個の単位要素の中で、かつ、DEM(ダナミック・エレメント・マッチング)対象となっているj(jは4≦j≦kを満たす整数)個の単位要素のうち、m(mは2≦m<jを満たす整数)個の単位要素を前記DEMによって指定し、
前記m個の単位要素に各々設けられた前記スイッチの少なくとも3つの入力端子のうち一つの入力端子を介して、重み付け参照電圧を前記m個の単位要素に供給し、
残りの(j−m)個の単位要素が有する前記スイッチを介して、前記一つの入力端子以外の他の入力端子に供給される前記参照電圧及びグランド電圧の一方を、前記(j−m)個の単位要素に供給することを特徴とする逐次比較型アナログ−デジタル変換方法。 - 請求項13において、
前記重み付け参照電圧は、抵抗分圧型デジタルーアナログ変換回路にて参照電圧を抵抗分圧して生成されることを特徴とする逐次比較型アナログ−デジタル変換方法。 - 請求項13または14において、
M行×N列(NはN≧2を満たす整数,MはM=mを満たす整数)に配列された前記j個の単位要素の中から列単位で前記m個の単位要素を前記DEMにより指定することを特徴とする逐次比較型アナログ−デジタル変換方法。 - 請求項15において、
M行×N列の前記j個の単位要素の一つにポインタを設定し、前記ポインタの位置に基づいて、列単位で前記m個の単位要素を前記DEMにより指定することを特徴とする逐次比較型アナログ−デジタル変換方法。
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