JP6677563B2 - ΔΣ A / D converter, A / D converter integrated circuit - Google Patents

ΔΣ A / D converter, A / D converter integrated circuit Download PDF

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Description

本発明は、ΔΣA/Dコンバータに関する。   The present invention relates to a ΔΣ A / D converter.

高分解能が要求される微小信号の測定や、オーディオの用途において、ΔΣA/Dコンバータが使用される。図1は、1次のΔΣA/Dコンバータの基本構成を示すブロック図である。ΔΣA/Dコンバータ100rは、アナログ入力信号VINをデジタル出力信号DOUTに変換する。ΔΣA/Dコンバータ100rは、減算器102、積分器104、量子化器106、D/Aコンバータ108を備える。D/Aコンバータ108は、デジタル出力信号DOUTを1サンプル遅延させ、アナログのフィードバック信号VFBに変換する。減算器102は、アナログ入力信号VINとフィードバック信号VFBの差分を生成する。積分器104は減算器102の出力である差分を積分する。量子化器106は、積分器104の出力を量子化し、デジタル出力信号DOUTを生成する。 A ΔΣ A / D converter is used for measuring a small signal requiring a high resolution or for audio applications. FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration of a primary ΔΣ A / D converter. Delta-Sigma A / D converter 100r converts an analog input signal V IN to a digital output signal D OUT. The ΔΣ A / D converter 100r includes a subtractor 102, an integrator 104, a quantizer 106, and a D / A converter 108. The D / A converter 108 delays the digital output signal D OUT by one sample and converts the digital output signal D OUT into an analog feedback signal V FB . The subtractor 102 generates a difference between the analog input signal VIN and the feedback signal VFB . The integrator 104 integrates the difference output from the subtractor 102. The quantizer 106 quantizes the output of the integrator 104 and generates a digital output signal D OUT .

ΔΣA/Dコンバータを用いることにより、量子化誤差に起因するノイズスペクトラムを、入力信号の帯域外に移動させることができる。これをノイズシェーピングと呼ぶ。   By using the ΔΣ A / D converter, the noise spectrum caused by the quantization error can be moved out of the band of the input signal. This is called noise shaping.

特開2011−150561号公報JP 2011-150561 A 特開2014−171035号公報JP 2014-171035 A

本発明者らは、ΔΣA/Dコンバータについて検討した結果、以下の課題を認識するに至った。1次、特に2次以上のΔΣA/Dコンバータにおいて、積分器104はしばしばスイッチドキャパシタ回路で構成される。   The present inventors have studied the ΔΣ A / D converter, and have come to recognize the following problem. In a first-order, particularly second-order or higher ΔΣ A / D converter, the integrator 104 is often formed of a switched capacitor circuit.

ΔΣA/Dコンバータが完全に故障して動作不能となった場合には、デジタル出力信号DOUTは、アナログ入力信号VINと相関を持たなくなる。この場合には、ΔΣA/Dコンバータの出力信号DOUTを利用する後段のプロセッサや回路において、異常を認識することが可能である。 If the ΔΣ A / D converter is completely broken and becomes inoperable, the digital output signal D OUT has no correlation with the analog input signal VIN . In this case, it is possible to recognize an abnormality in a subsequent processor or circuit using the output signal D OUT of the ΔΣ A / D converter.

しかしながら、ΔΣA/Dコンバータには、不完全な故障が生ずる場合がある。不完全な故障とは、何らかの異常が生じているが、ΔΣA/Dコンバータは一見すると動作しており、不正確ではあるが何らかの出力信号DOUTが生成される故障モードをいう。不完全な故障が生ずると、後段のプロセッサや回路は、誤った出力信号DOUTに基づいて動作することとなるため、システムの誤動作の要因となる。 However, an incomplete failure may occur in the ΔΣ A / D converter. Incomplete failure refers to a failure mode in which some abnormality has occurred, but the ΔΣ A / D converter is operating at first glance, and some inaccurate output signal D OUT is generated. If incomplete failure occurs, subsequent processor or circuit, since the operate based on erroneous output signal D OUT, causes the system to malfunction.

本発明者はかかる課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、信頼性を高めたΣA/Dコンバータの提供にある。   The present inventor has been made in view of such a problem, and one of exemplary purposes of an embodiment thereof is to provide a ΔA / D converter with improved reliability.

本発明のある態様は、アナログ入力信号をデジタル出力信号に変換するΔΣA/Dコンバータに関する。ΔΣA/Dコンバータは、スイッチドキャパシタ回路で構成された少なくともひとつの積分回路と、積分回路の少なくともひとつのキャパシタのリークを検出するリーク検出回路と、を備える。   One embodiment of the present invention relates to a ΔΣ A / D converter that converts an analog input signal into a digital output signal. The ΔΣ A / D converter includes at least one integration circuit configured by a switched capacitor circuit, and a leak detection circuit that detects leakage of at least one capacitor of the integration circuit.

本発明者は、スイッチドキャパシタ回路のキャパシタのリークが、ΔΣA/Dコンバータの不完全な故障モードのひとつの原因であることを認識した。この態様によると、ΔΣA/Dコンバータが、キャパシタのリークを自己診断することにより、後段のプロセッサや回路において検出できない不完全な故障を検出でき、信頼性を高めることができる。   The inventor has recognized that capacitor leakage in a switched capacitor circuit is one cause of the incomplete failure mode of a ΔΣ A / D converter. According to this aspect, the ΔΣ A / D converter can detect an incomplete failure that cannot be detected in a subsequent processor or circuit by performing self-diagnosis of a capacitor leak, thereby improving reliability.

リーク検出回路は、リーク検出対象のキャパシタを充電した後に当該キャパシタを開放し、当該キャパシタの電圧を測定してもよい。
リークが存在せず、あるいは十分に小さければ、キャパシタが開放された後に、キャパシタの電圧はもとの電圧レベルを維持し続ける。一方、リークが存在すると、キャパシタの電荷はリーク電流によって放電され、電圧が緩和していく。したがってキャパシタの電圧を測定することで、リークの有無、あるいはリークの程度を測定できる。
The leak detection circuit may open the capacitor after charging the capacitor to be leak-detected, and measure the voltage of the capacitor.
If the leak is not present or is small enough, the voltage on the capacitor will continue to maintain the original voltage level after the capacitor is opened. On the other hand, if there is a leak, the charge of the capacitor is discharged by the leak current, and the voltage is reduced. Therefore, by measuring the voltage of the capacitor, the presence or absence of the leak or the degree of the leak can be measured.

リーク検出回路は、リーク検出対象のキャパシタの開放後に、当該キャパシタの電圧が所定のしきい値電圧とクロスするまでの緩和時間を測定してもよい。緩和時間を測定することで、リークの有無あるいはリークの程度を測定できる。   The leak detection circuit may measure a relaxation time until the voltage of the capacitor crosses a predetermined threshold voltage after the capacitor to be leak-detected is opened. By measuring the relaxation time, the presence or absence of the leak or the degree of the leak can be measured.

あるいはリーク検出回路は、リーク検出対象のキャパシタの開放後の所定時間経過後において、当該キャパシタの電圧を測定してもよい。所定時間の間に生ずる当該キャパシタの電圧の変動量は、リークの有無あるいはリークの程度を示す。   Alternatively, the leak detection circuit may measure the voltage of the capacitor after a predetermined time has elapsed after the capacitor to be leak-detected has been opened. The amount of change in the voltage of the capacitor occurring during the predetermined time indicates the presence or absence of the leak or the degree of the leak.

少なくともひとつのキャパシタは、積分回路を構成する複数のキャパシタのうち容量値が最大のキャパシタを含んでもよい。容量値が大きいほど、すなわち面積が大きいほど、リークの検出が容易となる。   At least one capacitor may include a capacitor having the largest capacitance value among a plurality of capacitors forming the integration circuit. The larger the capacitance value, that is, the larger the area, the easier it is to detect a leak.

ΔΣA/Dコンバータは、2次以上であってもよい。少なくともひとつのキャパシタは、初段の積分器のキャパシタを含んでもよい。初段の積分器のキャパシタの容量値が最も大きい場合が多いため、リークの検出が容易である。   The ΔΣ A / D converter may be of secondary or higher order. The at least one capacitor may include a capacitor of a first stage integrator. Since the capacitance value of the capacitor of the first-stage integrator is often the largest, leak detection is easy.

リーク検出回路は、リーク検出対象のキャパシタの一端と、第1固定電圧ラインの間に設けられた第1スイッチと、当該キャパシタの他端と第2固定電圧ラインの間に設けられた第2スイッチと、当該キャパシタの電圧をしきい値電圧と比較するコンパレータと、を含んでもよい。   The leak detection circuit includes a first switch provided between one end of a capacitor to be detected and a first fixed voltage line, and a second switch provided between the other end of the capacitor and a second fixed voltage line. And a comparator for comparing the voltage of the capacitor with a threshold voltage.

リーク検出回路のコンパレータは、ΔΣA/Dコンバータの量子化器のコンパレータと共通化されてもよい。これにより、回路面積の増加を抑制できる。   The comparator of the leak detection circuit may be shared with the comparator of the quantizer of the ΔΣ A / D converter. Thereby, an increase in the circuit area can be suppressed.

ΔΣA/Dコンバータは差動型であってもよい。リーク検出回路は、差動の正相側に設けられたキャパシタと、逆相側に設けられたキャパシタそれぞれのリークを検出してもよい。   The ΔΣ A / D converter may be a differential type. The leak detection circuit may detect the leak of each of the capacitor provided on the positive phase side and the capacitor provided on the negative phase side of the differential.

ΔΣA/Dコンバータは、ひとつの半導体基板に一体集積化されてもよい。   The ΔΣ A / D converter may be integrated on one semiconductor substrate.

本発明の別の態様はA/Dコンバータ集積回路である。A/Dコンバータ集積回路は、それぞれにアナログ入力信号が入力可能な複数の入力端子と、複数の入力端子のうち、ひとつを選択するマルチプレクサと、マルチプレクサの出力信号を増幅するアンプと、アンプの出力信号をフィルタリングするフィルタと、フィルタの出力信号をデジタル信号に変換する上述のいずれかのΔΣA/Dコンバータと、を備えてもよい。   Another embodiment of the present invention relates to an A / D converter integrated circuit. The A / D converter integrated circuit includes a plurality of input terminals to each of which an analog input signal can be input, a multiplexer for selecting one of the plurality of input terminals, an amplifier for amplifying an output signal of the multiplexer, and an output of the amplifier. A filter for filtering a signal and any one of the above-mentioned ΔΣ A / D converters for converting an output signal of the filter into a digital signal may be provided.

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を、方法、装置などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。   It is to be noted that any combination of the above-described components and any conversion of the expression of the present invention between a method, an apparatus, and the like are also effective as embodiments of the present invention.

本発明に係るΔΣA/Dコンバータによれば、信頼性を高めることができる。   According to the ΔΣ A / D converter according to the present invention, the reliability can be improved.

1次のΔΣA/Dコンバータの基本構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a basic configuration of a first-order ΔΣ A / D converter. 実施の形態に係るΔΣA/Dコンバータの回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram of a ΔΣ A / D converter according to the embodiment. リーク検出回路の構成例を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a configuration example of a leak detection circuit. 図4(a)、(b)は、図3のリーク検出回路の動作波形図である。FIGS. 4A and 4B are operation waveform diagrams of the leak detection circuit of FIG. ΔΣA/Dコンバータの具体的な構成例を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a specific configuration example of a ΔΣ A / D converter. 差動形式の積分ユニットの一部を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows a part of integration unit of a differential type. ΔΣA/Dコンバータを備えるA/DコンバータICのブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of an A / D converter IC including a ΔΣ A / D converter.

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。   Hereinafter, the present invention will be described based on preferred embodiments with reference to the drawings. The same or equivalent components, members, and processes shown in each drawing are denoted by the same reference numerals, and the repeated description will be omitted as appropriate. In addition, the embodiments do not limit the invention, but are exemplifications, and all features and combinations thereof described in the embodiments are not necessarily essential to the invention.

図2は、実施の形態に係るΔΣA/Dコンバータ200の回路図である。ΔΣA/Dコンバータ200は、減算器202、積分回路(積分フィルタ)204、量子化器206、D/Aコンバータ208およびリーク検出回路230を備える。ΔΣA/Dコンバータ200はひとつの半導体基板に一体集積化されている。   FIG. 2 is a circuit diagram of the ΔΣ A / D converter 200 according to the embodiment. The ΔΣ A / D converter 200 includes a subtractor 202, an integration circuit (integration filter) 204, a quantizer 206, a D / A converter 208, and a leak detection circuit 230. The ΔΣ A / D converter 200 is integrated on one semiconductor substrate.

D/Aコンバータ208は、デジタル出力信号DOUTを1サンプル遅延させ、アナログのフィードバック信号VFBに変換する。減算器202は、アナログ入力信号VINとフィードバック信号VFBの差分を生成する。積分回路204は減算器102の出力である差分を積分する。量子化器206は、積分回路204の出力を量子化し、デジタル出力信号DOUTを生成する。 The D / A converter 208 delays the digital output signal D OUT by one sample and converts the digital output signal D OUT into an analog feedback signal V FB . The subtracter 202 generates a difference between the analog input signal VIN and the feedback signal VFB . The integration circuit 204 integrates the difference output from the subtractor 102. The quantizer 206 quantizes the output of the integration circuit 204 and generates a digital output signal D OUT .

図2のΔΣA/Dコンバータ200は3次のΔΣA/Dコンバータであり、積分回路204は、三段の積分ユニット210、212,214を備える。各積分ユニットは、前段からの信号に所定の係数を乗算し、積分する。本発明において積分回路204のトポロジーや、係数の値は限定されず、所望のフィルタ特性が得られるように設計すればよい。   The ΔΣ A / D converter 200 of FIG. 2 is a third-order ΔΣ A / D converter, and the integration circuit 204 includes three-stage integration units 210, 212, and 214. Each integration unit multiplies the signal from the preceding stage by a predetermined coefficient and integrates the signal. In the present invention, the topology of the integration circuit 204 and the value of the coefficient are not limited, and may be designed so as to obtain desired filter characteristics.

量子化器206の構成も特に限定されないが、たとえば、積分ユニット210,212,214の出力に所定の係数a1,a2,a3を乗算する乗算器240,242,244と、乗算器240,242,244の出力を加算する加算器246と、加算器246の出力を量子化するコンパレータ(比較回路)250と、を含む。   The configuration of the quantizer 206 is not particularly limited. For example, multipliers 240, 242, 244 for multiplying the outputs of the integration units 210, 212, 214 by predetermined coefficients a1, a2, a3, and multipliers 240, 242, An adder 246 for adding the output of the adder 244 and a comparator (comparing circuit) 250 for quantizing the output of the adder 246 are included.

積分回路204は、スイッチドキャパシタ回路で構成される。リーク検出回路230は、積分回路204を構成する複数のキャパシタのうち、少なくともひとつのキャパシタのリークを検出する。   The integration circuit 204 is configured by a switched capacitor circuit. The leak detection circuit 230 detects a leak of at least one of a plurality of capacitors included in the integration circuit 204.

リーク検出の方法、回路構成は特に限定されないが、以下のように検出してもよい。リーク検出回路230は、リーク検出対象のキャパシタを充電した後に、当該キャパシタを開放し、当該キャパシタの電圧を測定する。   The method and circuit configuration of the leak detection are not particularly limited, but may be detected as follows. After charging the capacitor to be leak-detected, the leak detection circuit 230 opens the capacitor and measures the voltage of the capacitor.

以上がΔΣA/Dコンバータ200の構成である。このΔΣA/Dコンバータ200によると、スイッチドキャパシタ回路のキャパシタのリークを自己診断するができ、それにより後段のプロセッサや回路において検出できない不完全な故障を検出できる。したがってΔΣA/Dコンバータ200自身あるいはそれを利用したシステムの信頼性、安全性を高めることができる。   The above is the configuration of the ΔΣ A / D converter 200. According to the ΔΣ A / D converter 200, a self-diagnosis of the leakage of the capacitor of the switched capacitor circuit can be performed, whereby an incomplete failure that cannot be detected in a subsequent processor or circuit can be detected. Therefore, the reliability and safety of the ΔΣ A / D converter 200 itself or a system using the same can be improved.

たとえばΔΣA/Dコンバータ200は、リーク検出回路230がリークを検出すると、外部回路に通知してもよい。あるいは、ΔΣA/Dコンバータ200はリークの程度を示す信号を外部回路に送信してもよい。あるいはリークの程度を示すデータを、外部回路からアクセス可能としてもよい。   For example, ΔΣ A / D converter 200 may notify an external circuit when leak detection circuit 230 detects a leak. Alternatively, the ΔΣ A / D converter 200 may transmit a signal indicating the degree of leakage to an external circuit. Alternatively, data indicating the degree of leakage may be accessible from an external circuit.

本発明は、図2のブロック図や回路図として把握され、あるいは上述の説明から導かれるさまざまな装置、回路に及ぶものであり、特定の構成に限定されるものではない。以下、本発明の範囲を狭めるためではなく、発明の本質や回路動作の理解を助け、またそれらを明確化するために、より具体的な構成例や実施例を説明する。   The present invention covers various devices and circuits that can be grasped as the block diagram or circuit diagram of FIG. 2 or derived from the above description, and is not limited to a specific configuration. Hereinafter, more specific configuration examples and embodiments will be described, not to narrow the scope of the present invention, but to help understand the essence and circuit operation of the invention and to clarify them.

図3は、リーク検出回路230の構成例を示す回路図である。第1スイッチSW11は、リーク検出対象のキャパシタCxの一端と第1固定電圧ライン(たとえば電源ラインあるいは基準電圧ライン)260の間に設けられる。第2スイッチSW12は、キャパシタCxの他端と第2固定電圧ライン(たとえば接地ラインあるいはコモン電圧ライン)262の間に設けられる。コンパレータ232は、キャパシタCxの電圧VCXをしきい値電圧VTHと比較する。コンパレータ232とキャパシタCxの他端の間には、第3スイッチSW13が設けられる。しきい値電圧VTHは抵抗R11,R12の抵抗分圧によって生成してもよく、抵抗分圧回路の出力とコンパレータ232の間には、第4スイッチSW14が設けられる。 FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration example of the leak detection circuit 230. The first switch SW11 is provided between one end of the capacitor Cx whose leakage is to be detected and a first fixed voltage line (for example, a power supply line or a reference voltage line) 260. The second switch SW12 is provided between the other end of the capacitor Cx and a second fixed voltage line (for example, a ground line or a common voltage line) 262. Comparator 232 compares voltage V CX of capacitor Cx with threshold voltage V TH . A third switch SW13 is provided between the comparator 232 and the other end of the capacitor Cx. The threshold voltage V TH may be generated by the voltage division of the resistors R11 and R12, and a fourth switch SW14 is provided between the output of the resistor voltage dividing circuit and the comparator 232.

なお、コンパレータ232は、ΔΣA/Dコンバータ200の量子化器206のコンパレータ248の一部と共通化されてもよい。これにより、回路面積の増加を抑制できる。またリーク検出回路230のスイッチのいくつかは、積分回路204のスイッチと共通化されてもよい。   Note that the comparator 232 may be shared with a part of the comparator 248 of the quantizer 206 of the ΔΣ A / D converter 200. Thereby, an increase in the circuit area can be suppressed. Some of the switches of the leak detection circuit 230 may be shared with the switches of the integration circuit 204.

図4(a)、(b)は、図3のリーク検出回路230の動作波形図である。リーク検出回路230は、第1スイッチSW11、第2スイッチSW12をオンし、キャパシタCxの両端間を電圧VDDで充電する。続いて、第2スイッチSW12をオフし、第3スイッチSW13、第4スイッチSW14をオンする。第2スイッチSW12がオフすると、キャパシタCxが開放される。コンパレータ232は、キャパシタCxの電圧VCXを、しきい値電圧VTHと比較する。リークが発生していなければ、実線(i)で示すように、キャパシタCxの両端間の電圧ΔVは、初期の電源電圧VDDを維持するため、キャパシタの電圧VCXは、初期の接地電圧0Vを維持する。 4A and 4B are operation waveform diagrams of the leak detection circuit 230 in FIG. The leak detection circuit 230 turns on the first switch SW11 and the second switch SW12, and charges the both ends of the capacitor Cx with the voltage VDD . Subsequently, the second switch SW12 is turned off, and the third switch SW13 and the fourth switch SW14 are turned on. When the second switch SW12 is turned off, the capacitor Cx is opened. Comparator 232 compares voltage V CX of capacitor Cx with threshold voltage V TH . If no leakage occurs, as shown by the solid line (i), the voltage ΔV between both ends of the capacitor Cx maintains the initial power supply voltage V DD , so that the voltage V CX of the capacitor becomes the initial ground voltage 0V. To maintain.

一方、リークが発生している場合には、破線(ii)で示すように、キャパシタCxが放電されるため、その両端間電圧ΔVが低下していき、キャパシタの電圧VCXは、初期の接地電圧0Vから時間と共に上昇していく。 On the other hand, when a leak occurs, the capacitor Cx is discharged as shown by the broken line (ii), so that the voltage ΔV between both ends of the capacitor Cx decreases, and the voltage V CX of the capacitor becomes the initial ground. It rises with time from the voltage 0V.

図4(b)に示すように、リーク検出回路230は、キャパシタCxの開放後に、キャパシタCxの電圧VCXが所定のしきい値電圧VTHとクロスするまでの緩和時間τを測定してもよい。リークが存在しなければ緩和時間τは十分に長く、リークが存在すると、緩和時間τは短くなる。したがって緩和時間τを測定することで、リークの有無あるいはリークの程度を測定できる。 As shown in FIG. 4B, the leak detection circuit 230 measures the relaxation time τ until the voltage V CX of the capacitor Cx crosses the predetermined threshold voltage V TH after the capacitor Cx is opened. Good. If there is no leak, the relaxation time τ is sufficiently long, and if there is a leak, the relaxation time τ becomes short. Therefore, by measuring the relaxation time τ, the presence or absence of the leak or the degree of the leak can be measured.

リーク検出回路230は、第2スイッチSW12をオフしてからコンパレータ232の出力が遷移するまでの時間τを測定するカウンタ(タイマー)234を備えてもよい。リーク検出回路230は、測定した緩和時間τを示すデータを、リークの程度を示すデータとして、レジスタに格納してもよい。あるいはリーク検出回路230は、測定した緩和時間τが所定のしきい値より短いときに、リーク故障の発生を示すフラグを立ててもよい。   The leak detection circuit 230 may include a counter (timer) 234 that measures a time τ from when the second switch SW12 is turned off to when the output of the comparator 232 changes. The leak detection circuit 230 may store data indicating the measured relaxation time τ in a register as data indicating the degree of leak. Alternatively, the leak detection circuit 230 may set a flag indicating the occurrence of a leak failure when the measured relaxation time τ is shorter than a predetermined threshold.

あるいはリーク検出回路230は、リーク検出対象のキャパシタCxの開放後の所定時間経過後において、キャパシタCxの電圧VCXを測定してもよい。所定時間の間に生ずる電圧VCXの変動量は、リークの有無あるいはリークの程度を示す。 Alternatively leak detection circuit 230, after the lapse of a predetermined time after the opening of the capacitor Cx of the leak detection target may be measured voltage V CX of the capacitor Cx. The fluctuation amount of the voltage VCX occurring during the predetermined time indicates the presence or absence of the leak or the degree of the leak.

図2では、電源電圧VDDを基準としてリークを測定したが、接地電圧を基準として測定してもよい。すなわち、キャパシタCxの充電後に、第1スイッチSW11をオフし、キャパシタCxの上側の一端の電圧を監視してもよい。 In FIG. 2, the leakage is measured based on the power supply voltage V DD , but may be measured based on the ground voltage. That is, after charging the capacitor Cx, the first switch SW11 may be turned off, and the voltage at the upper end of the capacitor Cx may be monitored.

図5は、ΔΣA/Dコンバータ200の具体的な構成例を示す回路図である。なおここではシングルエンド形式として示すが、ΔΣA/Dコンバータ200は差動形式であってもよい。   FIG. 5 is a circuit diagram showing a specific configuration example of the ΔΣ A / D converter 200. Although shown here as a single-ended type, the ΔΣ A / D converter 200 may be a differential type.

リーク検出回路230は、積分回路204を構成する複数のキャパシタのうち、容量値が最大のキャパシタを、監視対象とすることが望ましい。なぜなら、容量値が大きいほど、すなわち面積が大きいほど、リークの検出が容易となるからである。また、容量値が大きいほど、リークが発生したときにΔΣA/Dコンバータ200の性能に及ぼす影響も大きくなるからである。   It is desirable that the leak detection circuit 230 monitors a capacitor having the largest capacitance value among a plurality of capacitors included in the integration circuit 204. This is because the larger the capacitance value, that is, the larger the area, the easier the leak detection becomes. Further, the larger the capacitance value, the greater the influence on the performance of the ΔΣ A / D converter 200 when a leak occurs.

図5の構成では、初段の積分ユニット210の積分器270の帰還キャパシタ272が、リーク検出の対象として好適である。ΔΣA/Dコンバータ200のノイズを抑制するためには、初段の積分器270の帰還キャパシタ272を大きくことが有効であるからである。また、動作中に印加される電圧も、初段の帰還キャパシタ272が最も大きいため、リークの影響を受けやすいからである。   In the configuration of FIG. 5, the feedback capacitor 272 of the integrator 270 of the first-stage integration unit 210 is suitable as a leak detection target. This is because in order to suppress the noise of the ΔΣ A / D converter 200, it is effective to increase the feedback capacitor 272 of the integrator 270 in the first stage. Also, the voltage applied during the operation is the largest in the feedback capacitor 272 in the first stage, so that it is easily affected by the leak.

帰還キャパシタ272の容量が、他のキャパシタに比べて最も大きいからである。なお、帰還キャパシタ272に加えて、二段目以降の積分器274の帰還キャパシタ276等を、リーク検出対象としてもよい。あるいは等価抵抗(あるいはサンプルホールド回路)278を形成するキャパシタ280を、リーク検出の対象としてもよい。   This is because the capacitance of the feedback capacitor 272 is the largest as compared with other capacitors. Note that, in addition to the feedback capacitor 272, the feedback capacitors 276 of the integrators 274 in the second and subsequent stages may be subjected to leak detection. Alternatively, the capacitor 280 forming the equivalent resistance (or the sample-and-hold circuit) 278 may be a leak detection target.

図6は、差動形式の積分ユニット210の一部を示す回路図である。リーク検出回路230は、差動の正相側に設けられた帰還キャパシタCPと、逆相側に設けられた帰還キャパシタCNそれぞれのリークを検出することが望ましい。   FIG. 6 is a circuit diagram showing a part of the integration unit 210 of the differential type. It is desirable that the leak detection circuit 230 detects leaks of the feedback capacitor CP provided on the positive phase side of the differential and the feedback capacitor CN provided on the negative phase side.

図7は、ΔΣA/Dコンバータ200を備えるA/DコンバータIC(集積回路)300のブロック図である。複数の入力端子IN1〜INM(Mは整数)はそれぞれ、外部からアナログ入力信号が入力可能となっている。たとえば入力端子INには、サーミスタや熱電対などの温度センサからの温度検出信号、電流検出用のセンス抵抗の電圧降下に応じた電流検出信号、バッテリの電圧を示す信号などが入力される。   FIG. 7 is a block diagram of an A / D converter IC (integrated circuit) 300 including the ΔΣ A / D converter 200. Each of the plurality of input terminals IN1 to INM (M is an integer) can receive an analog input signal from the outside. For example, a temperature detection signal from a temperature sensor such as a thermistor or a thermocouple, a current detection signal corresponding to a voltage drop of a sense resistor for current detection, a signal indicating a battery voltage, and the like are input to the input terminal IN.

マルチプレクサ302は、複数の入力端子のうち、ひとつを選択する。アンプ304は、マルチプレクサ302の出力信号を増幅するプログラマブルゲインアンプ(PGA)である。フィルタ306は、アンプ304の出力信号をフィルタリングする。ΔΣA/Dコンバータ308は、フィルタ306の出力信号VINをデジタル信号DOUTに変換する。ΔΣA/Dコンバータ308は、上述のΔΣA/Dコンバータ200のアーキテクチャを用いて構成される。ロジック回路310は、ΔΣA/Dコンバータ308からのデジタル信号DOUTに所定の信号処理を施す。インタフェース回路312は、SPI(Serial Peripheral Interface)やIC(Inter IC)インタフェースであり、外部のプロセッサやマイクロコントローラと接続される。ΔΣA/Dコンバータ308の出力信号DOUTや、それを処理した結果得られる信号は、インタフェース回路312を介して外部回路から読み出し可能である。また、ΔΣA/Dコンバータ308(200)のリーク検出回路230が検出したリークの有無、あるいはリークの程度も、インタフェース回路312を介して外部から読み出し可能となっている。 The multiplexer 302 selects one of the plurality of input terminals. The amplifier 304 is a programmable gain amplifier (PGA) that amplifies the output signal of the multiplexer 302. The filter 306 filters the output signal of the amplifier 304. Delta-Sigma A / D converter 308 converts the output signal V IN of the filter 306 into a digital signal D OUT. The ΔΣ A / D converter 308 is configured using the architecture of the ΔΣ A / D converter 200 described above. Logic circuit 310 performs a predetermined signal processing on digital signal DOUT from ΔΣ A / D converter 308. The interface circuit 312 is an SPI (Serial Peripheral Interface) or I 2 C (Inter IC) interface, and is connected to an external processor or microcontroller. An output signal D OUT of the ΔΣ A / D converter 308 and a signal obtained by processing the output signal D OUT can be read from an external circuit via the interface circuit 312. Further, the presence or absence of the leak detected by the leak detection circuit 230 of the ΔΣ A / D converter 308 (200) or the degree of the leak can be read from the outside via the interface circuit 312.

実施の形態にもとづき、本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を離脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が可能である。   Although the present invention has been described based on the embodiment, the embodiment merely shows the principle and application of the present invention, and the embodiment includes the idea of the present invention defined in the claims. Many modifications and changes in arrangement are possible without departing from the scope of the invention.

100…ΔΣA/Dコンバータ、102…減算器、104…積分器、106…量子化器、108…D/Aコンバータ、200…ΔΣA/Dコンバータ、202…減算器、204…積分回路、206…量子化器、208…D/Aコンバータ、210…積分ユニット、230…リーク検出回路、232…コンパレータ、SW11…第1スイッチ、SW12…第2スイッチ、SW13…第3スイッチ、SW14…第4スイッチ、R11…第1抵抗、R12…第2抵抗、300…A/DコンバータIC、302…マルチプレクサ、304…アンプ、306…フィルタ、308…ΔΣA/Dコンバータ、310…ロジック回路、312…インタフェース回路。 100: ΔΣ A / D converter, 102: subtractor, 104: integrator, 106: quantizer, 108: D / A converter, 200: ΔΣ A / D converter, 202: subtractor, 204: integrating circuit, 206: quantum 208, a D / A converter, 210, an integration unit, 230, a leak detection circuit, 232, a comparator, SW11, a first switch, SW12, a second switch, SW13, a third switch, SW14, a fourth switch, and R11. .., First resistor, R12, second resistor, 300, A / D converter IC, 302, multiplexer, 304, amplifier, 306, filter, 308, ΔΣ A / D converter, 310, logic circuit, 312, interface circuit.

Claims (9)

アナログ入力信号をデジタル出力信号に変換するΔΣA/Dコンバータであって、
スイッチドキャパシタ回路で構成された積分回路と、
前記積分回路の少なくともひとつのキャパシタのリークを検出するリーク検出回路と、
を備え
前記リーク検出回路は、リーク検出対象のキャパシタを充電した後に当該キャパシタを開放し、当該キャパシタの電圧が所定のしきい値電圧とクロスするまでの緩和時間を測定することを特徴とするΔΣA/Dコンバータ。
A ΔΣ A / D converter for converting an analog input signal into a digital output signal,
An integration circuit composed of a switched capacitor circuit;
A leak detection circuit for detecting a leak of at least one capacitor of the integration circuit;
Equipped with a,
The leakage detection circuit, the capacitor opening after charging the leak detection target of the capacitor, voltage of the capacitor and measuring the relaxation time to cross a predetermined threshold voltage delta .SIGMA.A / D converter.
前記少なくともひとつのキャパシタは、前記積分回路を構成する複数のキャパシタのうち容量値が最大のキャパシタを含むことを特徴とする請求項に記載のΔΣA/Dコンバータ。 2. The ΔΣ A / D converter according to claim 1 , wherein the at least one capacitor includes a capacitor having a largest capacitance value among a plurality of capacitors forming the integration circuit. 3. 前記ΔΣA/Dコンバータは、2次以上であり、
前記少なくともひとつのキャパシタは、初段の積分器のキャパシタを含むことを特徴とする請求項1または2に記載のΔΣA/Dコンバータ。
The ΔΣ A / D converter is of second order or higher;
It said at least one capacitor, Delta-Sigma A / D converter according to claim 1 or 2, characterized in that it comprises a first stage integrator capacitor.
前記リーク検出回路は、
リーク検出対象のキャパシタの一端と、第1固定電圧ラインの間に設けられた第1スイッチと、
当該キャパシタの他端と第2固定電圧ラインの間に設けられた第2スイッチと、
当該キャパシタの電圧を前記しきい値電圧と比較するコンパレータと、
を含むことを特徴とする請求項に記載のΔΣA/Dコンバータ。
The leak detection circuit includes:
A first switch provided between one end of the capacitor to be leak-detected and the first fixed voltage line;
A second switch provided between the other end of the capacitor and a second fixed voltage line;
A comparator for comparing the voltage of the capacitor with the threshold voltage;
The ΔΣ A / D converter according to claim 1 , further comprising:
前記リーク検出回路のコンパレータは、前記ΔΣA/Dコンバータの量子化器のコンパレータと共通化されることを特徴とする請求項に記載のΔΣA/Dコンバータ。 The ΔΣ A / D converter according to claim 4 , wherein a comparator of the leak detection circuit is shared with a comparator of a quantizer of the ΔΣ A / D converter. 前記ΔΣA/Dコンバータは差動型であることを特徴とする請求項1からのいずれかに記載のΔΣA/Dコンバータ。 The ΔΣ A / D converter according to any one of claims 1 to 4 , wherein the ΔΣ A / D converter is a differential type. 前記リーク検出回路は、差動の正相側に設けられたキャパシタと、逆相側に設けられたキャパシタそれぞれのリークを検出することを特徴とする請求項1からのいずれかに記載のΔΣA/Dコンバータ。 The ΔΣA according to any one of claims 1 to 5 , wherein the leak detection circuit detects a leak of each of a capacitor provided on a positive phase side and a capacitor provided on a negative phase side of the differential. / D converter. ひとつの半導体基板に一体集積化されることを特徴とする請求項1からのいずれかに記載のΔΣA/Dコンバータ。 Delta-Sigma A / D converter according to any one of claims 1 to 6 in which a single semiconductor substrate characterized in that it is monolithically integrated. それぞれにアナログ入力信号が入力可能な複数の入力端子と、
前記複数の入力端子のうち、ひとつを選択するマルチプレクサと、
前記マルチプレクサの出力信号を増幅するアンプと、
前記アンプの出力信号をフィルタリングするフィルタと、
前記フィルタの出力信号をデジタル信号に変換する請求項1からのいずれかに記載のΔΣA/Dコンバータと、
を備えることを特徴とするA/Dコンバータ集積回路。
A plurality of input terminals to each of which an analog input signal can be input,
A multiplexer for selecting one of the plurality of input terminals;
An amplifier for amplifying an output signal of the multiplexer;
A filter for filtering an output signal of the amplifier,
A ΔΣ A / D converter according to any one of claims 1 to 7 , which converts an output signal of the filter into a digital signal.
An A / D converter integrated circuit, comprising:
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