JPH01120126A - 縦続形a/d変換器 - Google Patents
縦続形a/d変換器Info
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- JPH01120126A JPH01120126A JP27762687A JP27762687A JPH01120126A JP H01120126 A JPH01120126 A JP H01120126A JP 27762687 A JP27762687 A JP 27762687A JP 27762687 A JP27762687 A JP 27762687A JP H01120126 A JPH01120126 A JP H01120126A
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- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 3
- 101100263704 Arabidopsis thaliana VIN3 gene Proteins 0.000 description 1
- 101100112673 Rattus norvegicus Ccnd2 gene Proteins 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000009966 trimming Methods 0.000 description 1
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- Analogue/Digital Conversion (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は高速、低電力のA/D変換器に関し、特に縦続
形A/D変換器の変換速度を向上させた構成に関するも
のである。
形A/D変換器の変換速度を向上させた構成に関するも
のである。
従来の技術
高速のA/D変換器としては並列形がすぐれている。こ
の方式は、nビットのA/D変換器であれば2n−1個
の比較器を用意し、これに比較すべき基準電圧を印加し
ておき、この基準電圧と入力電圧を比較し、入力電圧の
レベルを検出するものである。この方式では変換速度を
高速にできるが、多数の比較器を必要とするため素子数
が増大すること、かつ電力も素子数に比例して大きくな
る欠点がある。これに対し素子数を削減し電力も小さく
した方法に縦続形がある〔例えば1983アイ イーイ
ーイー インターナショナル ソリッド−ステイト サ
ーキット コンフルンスダイジェスト(IEEE In
ternational 5olid−state C
1rcuits Conference Digest
)P178)。この方式は2倍の利得をもつ増幅器を
A/D変換器のビット数だけ縦続に接続し、この増幅器
でフルスケールの1/2の大きさの電圧と入力信号電圧
の差を次々に比較して、その大小を判別して各ビットの
出力を順番に得るものである。
の方式は、nビットのA/D変換器であれば2n−1個
の比較器を用意し、これに比較すべき基準電圧を印加し
ておき、この基準電圧と入力電圧を比較し、入力電圧の
レベルを検出するものである。この方式では変換速度を
高速にできるが、多数の比較器を必要とするため素子数
が増大すること、かつ電力も素子数に比例して大きくな
る欠点がある。これに対し素子数を削減し電力も小さく
した方法に縦続形がある〔例えば1983アイ イーイ
ーイー インターナショナル ソリッド−ステイト サ
ーキット コンフルンスダイジェスト(IEEE In
ternational 5olid−state C
1rcuits Conference Digest
)P178)。この方式は2倍の利得をもつ増幅器を
A/D変換器のビット数だけ縦続に接続し、この増幅器
でフルスケールの1/2の大きさの電圧と入力信号電圧
の差を次々に比較して、その大小を判別して各ビットの
出力を順番に得るものである。
必要としないため、並列型と比較して素子数を大幅に削
減できるが、2倍のゲインをもつ増幅器はバランスする
電圧を中心として入出力特性をおシ返した非線形増幅器
とする必要があシ、高速化が難しいこと、おり返し点の
精度が増幅器の特性で決まシ抵抗比だけのトリミングだ
けでは精度が得られない欠点がある。また入力信号がビ
ットの数だけの増幅器を通るので遅延時間が大きくなシ
高速化のさまたげとなる。
減できるが、2倍のゲインをもつ増幅器はバランスする
電圧を中心として入出力特性をおシ返した非線形増幅器
とする必要があシ、高速化が難しいこと、おり返し点の
精度が増幅器の特性で決まシ抵抗比だけのトリミングだ
けでは精度が得られない欠点がある。また入力信号がビ
ットの数だけの増幅器を通るので遅延時間が大きくなシ
高速化のさまたげとなる。
問題点を解決するための手段
本発明は、複数個のサンプルホールド回路と差動増幅器
を縦続に接続し、差動増幅器により各段のサンプルホー
ルド回路の出力と重みづけされた基準電圧の差分を取っ
てクロックに同期して次段のサンプルホールド回路に送
る一方、こop2oディジタル出力信号の極性により次
のクロック周期で次段の重みづけされた基準電圧の極性
を制御してパイプライン的にA/D変換していく手段を
具備した縦続形A/D変換器である。
を縦続に接続し、差動増幅器により各段のサンプルホー
ルド回路の出力と重みづけされた基準電圧の差分を取っ
てクロックに同期して次段のサンプルホールド回路に送
る一方、こop2oディジタル出力信号の極性により次
のクロック周期で次段の重みづけされた基準電圧の極性
を制御してパイプライン的にA/D変換していく手段を
具備した縦続形A/D変換器である。
作 用
前記構成により、電圧の大小判断を次のクロック周期ま
でに行うことにより、同一クロック内での判断のための
遅延時間をなくし、高速な縦続形A/D変換器を実現で
きる。また入力信号を重みづけされた基準電圧の差分を
次段に送る方法のため、従来の並列形A/D変換器に比
べてシステムの素子数を大幅に削減でき、素子に要求さ
れる精度も、後段はど2倍の割合で下げることができる
。
でに行うことにより、同一クロック内での判断のための
遅延時間をなくし、高速な縦続形A/D変換器を実現で
きる。また入力信号を重みづけされた基準電圧の差分を
次段に送る方法のため、従来の並列形A/D変換器に比
べてシステムの素子数を大幅に削減でき、素子に要求さ
れる精度も、後段はど2倍の割合で下げることができる
。
さらに各段間で1クロツク内に動作する回路を削減した
構成としているため、比較的速度の遅いMOS)ランジ
スタな゛どのデバイスで構成しても、高速のA/D変換
器を実現できる。
構成としているため、比較的速度の遅いMOS)ランジ
スタな゛どのデバイスで構成しても、高速のA/D変換
器を実現できる。
実施例
第1図に本発明の3ビツトA/D変換器の実施例を示す
。1−1〜1−3はサンプルホールド回路、2−1〜2
−2はオペアンプ、3−1〜3−3はコンパレータ、4
−1〜4−2はラッチ回路、6−1〜6−6は基準電圧
源、6はアナログ電圧入力端子、7−1〜7−3はディ
ジタル信号出力端子である。8−1・、・8−2は基準
電圧源の正負を上位ピットのディジタル値で切換えるス
イッチで1”の場合は1側に、@o”の場合は2側に切
換える。R1〜R6はオペアンプの抵抗ですべて等しい
大きさとする。基準電圧源6の電圧値V、は8vとする
。
。1−1〜1−3はサンプルホールド回路、2−1〜2
−2はオペアンプ、3−1〜3−3はコンパレータ、4
−1〜4−2はラッチ回路、6−1〜6−6は基準電圧
源、6はアナログ電圧入力端子、7−1〜7−3はディ
ジタル信号出力端子である。8−1・、・8−2は基準
電圧源の正負を上位ピットのディジタル値で切換えるス
イッチで1”の場合は1側に、@o”の場合は2側に切
換える。R1〜R6はオペアンプの抵抗ですべて等しい
大きさとする。基準電圧源6の電圧値V、は8vとする
。
今V I N = 3.5 Vの入力信号電圧がアナロ
グ電圧入力端子6に入力された場合の動作について説明
する。第2図は第1図の3ピツ)A/D変換器の動作を
説明するための図で、(1)はシステムクロック、僻)
は1−1と1−3のサンプルホールド回路を駆動するサ
ンプリングパルスでSの期間がサンプリング期間、Hの
期間がホールド期間である。
グ電圧入力端子6に入力された場合の動作について説明
する。第2図は第1図の3ピツ)A/D変換器の動作を
説明するための図で、(1)はシステムクロック、僻)
は1−1と1−3のサンプルホールド回路を駆動するサ
ンプリングパルスでSの期間がサンプリング期間、Hの
期間がホールド期間である。
ホールドに換る瞬間の値がホールドされる。(3)は1
−2のサンプルホールド回路のサンプリングパルスで、
@)のパルスとは位相が180度遅らせて6D、サンプ
ルホールドが交互におこなわれる。
−2のサンプルホールド回路のサンプリングパルスで、
@)のパルスとは位相が180度遅らせて6D、サンプ
ルホールドが交互におこなわれる。
アナログ入力電圧V I N = 3.5 Vは1−1
のサンプルホールド回路でT、の期間サンプリングされ
、この値vINはT2の期間ホールドされる。
のサンプルホールド回路でT、の期間サンプリングされ
、この値vINはT2の期間ホールドされる。
このホールドされた電圧vIN1はサンプルホールド回
路1−1に接続されたオペアンプ2−1で基準電圧源5
−1の基準電圧−1/2vF=4vと加算されその差v
IN2が出力される。このオペアンプの利得は抵抗R1
,R2,R3をすべて等しくしであるので1である。
路1−1に接続されたオペアンプ2−1で基準電圧源5
−1の基準電圧−1/2vF=4vと加算されその差v
IN2が出力される。このオペアンプの利得は抵抗R1
,R2,R3をすべて等しくしであるので1である。
VIN2=vIH41/!2Vy=3−5V−4V=−
0,5V・・・・・・・・・(1) さらにこの電圧vIN2 はコンパレータ3−1に入
力される。この場合はvIN2<Oであるのでコンパレ
ータ出力は“0゛となり、クラ、子回路4−1にストア
される。従ってディジタル出力端子7−1に出力される
データDMSBはIo”となる。
0,5V・・・・・・・・・(1) さらにこの電圧vIN2 はコンパレータ3−1に入
力される。この場合はvIN2<Oであるのでコンパレ
ータ出力は“0゛となり、クラ、子回路4−1にストア
される。従ってディジタル出力端子7−1に出力される
データDMSBはIo”となる。
一方オペアンプ2−1の出力vIN2 は、サンプルホ
ールド回路1−2に期間T3になる瞬間にホールドされ
る。同時にスイッチ8−1はディジタル出力DMSB=
“0”になるので@)側に切換シ。
ールド回路1−2に期間T3になる瞬間にホールドされ
る。同時にスイッチ8−1はディジタル出力DMSB=
“0”になるので@)側に切換シ。
1 /4 V F = 2 Vが出力される。サンプル
ホールド回路1−2の出力vxN2=−〇、6vは、こ
の出力に接続されているオペアンプ2−2で基準電圧1
/4 Vyと加算されその差vIN3が出力さる。こ
の場合のオペアンプ利得も1である。
ホールド回路1−2の出力vxN2=−〇、6vは、こ
の出力に接続されているオペアンプ2−2で基準電圧1
/4 Vyと加算されその差vIN3が出力さる。こ
の場合のオペアンプ利得も1である。
VIN3 = VIN2 + 1 /4 V y =
O,esV + 2V = 1.5 V・・・・・・・
・・@) さらにこの電圧vIN3はコンパレータ3−2に入力さ
れる。この場合はv工N3〉oであるのでコンパレータ
出力は1”となシ、ラッチ回路4−2には1″がストア
される。従ってディジタル出力端子7−2に出力される
データD2は@1”となる。
O,esV + 2V = 1.5 V・・・・・・・
・・@) さらにこの電圧vIN3はコンパレータ3−2に入力さ
れる。この場合はv工N3〉oであるのでコンパレータ
出力は1”となシ、ラッチ回路4−2には1″がストア
される。従ってディジタル出力端子7−2に出力される
データD2は@1”となる。
一方オペアンプ2−2の出力vIN3は、期間T4にな
る瞬間にサンプルホールド回路1−3にホールドされる
。スイッチ8−2はディジタル出力D2 = ” 1
” ナノf(1)II(Dt tとすF) 1/8
VF =1vが出力される。これらvIN3と1/8V
yはコンパレータ3−3で比較されv工N3が大きいの
でコンパレータ出力は1”となる。
る瞬間にサンプルホールド回路1−3にホールドされる
。スイッチ8−2はディジタル出力D2 = ” 1
” ナノf(1)II(Dt tとすF) 1/8
VF =1vが出力される。これらvIN3と1/8V
yはコンパレータ3−3で比較されv工N3が大きいの
でコンパレータ出力は1”となる。
VZN3178vF=1.5 1.O=0.5V)0・
・・・・・・・−0) 以上の動作で入力されたアナログ信号はディジタル信号
に変換される。すなわち前段の上位の結果で、次のクロ
ック周期で次段の基準電圧を切替えるため、判断に要す
る時間が不要とな勺高速比が可能となる。この様な縦続
形A/D変換器において入力電圧と基準電圧の差分を出
力する方法は基準電圧としてD/A変換器を必要としな
いのでシステムが簡単になる。入力アナログ電圧をその
ままの形でバイプライン的に次段に送る方法でも高速化
は可能であるがパイプラインの各段にD/A変換器を必
要とし、かつそのD/A変換器の内容をすべて次段に送
る必要があるためシステム構成が非常に複雑となる。
・・・・・・・−0) 以上の動作で入力されたアナログ信号はディジタル信号
に変換される。すなわち前段の上位の結果で、次のクロ
ック周期で次段の基準電圧を切替えるため、判断に要す
る時間が不要とな勺高速比が可能となる。この様な縦続
形A/D変換器において入力電圧と基準電圧の差分を出
力する方法は基準電圧としてD/A変換器を必要としな
いのでシステムが簡単になる。入力アナログ電圧をその
ままの形でバイプライン的に次段に送る方法でも高速化
は可能であるがパイプラインの各段にD/A変換器を必
要とし、かつそのD/A変換器の内容をすべて次段に送
る必要があるためシステム構成が非常に複雑となる。
以上の実施例ではコンパレータが比較する電圧は接地電
圧とオペアンプの差分出力の電圧なので比較精度は高い
が、オペアンプの差分動作時に誤差が入る。この誤差を
少なくするにはオペアンプ前の電圧を比較する方法があ
る。この実施例を第3図に示す。第1図と同一のブロッ
ク等については同一の番号で示す。コンパレータ3−1
.3−2の入力をサンプルホールド回路のすぐあとにし
ているためコンパレータの他方の入力は基準電圧となる
。このためコンパレータ3−1の入力電圧源は基準電源
5−1の逆極性となシ大きさは1/2VFである。コン
パレータ3−2も同様で、このため第1図のスイッチ8
−1はスイッチ8−3の形に変更となる。
圧とオペアンプの差分出力の電圧なので比較精度は高い
が、オペアンプの差分動作時に誤差が入る。この誤差を
少なくするにはオペアンプ前の電圧を比較する方法があ
る。この実施例を第3図に示す。第1図と同一のブロッ
ク等については同一の番号で示す。コンパレータ3−1
.3−2の入力をサンプルホールド回路のすぐあとにし
ているためコンパレータの他方の入力は基準電圧となる
。このためコンパレータ3−1の入力電圧源は基準電源
5−1の逆極性となシ大きさは1/2VFである。コン
パレータ3−2も同様で、このため第1図のスイッチ8
−1はスイッチ8−3の形に変更となる。
以上の構成で、基本的には第1図の動作と等しい。ただ
しコンパレータの入力がオペアンプの前からの信号とし
ているため誤差が1ビツト分だけ改善される。またこれ
らのA/D変換器ではパイプライン方式なので、デジタ
ル信号が出そろうのは3クロツク後である。従って上位
のピットの出力にシフトレジスタを付加してタイミング
をそろえる必要があることは言うまでもない。
しコンパレータの入力がオペアンプの前からの信号とし
ているため誤差が1ビツト分だけ改善される。またこれ
らのA/D変換器ではパイプライン方式なので、デジタ
ル信号が出そろうのは3クロツク後である。従って上位
のピットの出力にシフトレジスタを付加してタイミング
をそろえる必要があることは言うまでもない。
発明の効果
本実施例では3ビツトのA/D変換器について説明した
が、10ビット前後の高精度のA/D変換器についてよ
シ効果を発揮できる。すなわち並列形のA/D変換器に
比べて素子数を大幅に削減することができる。
が、10ビット前後の高精度のA/D変換器についてよ
シ効果を発揮できる。すなわち並列形のA/D変換器に
比べて素子数を大幅に削減することができる。
A/D変換すべき信号はA/D変換器に入力してから、
直ちに出力される必要はなく、遅延時間はあるものの連
続して高速に出力されればよい場合が多く、本発明はM
OS (Metal OzsideSemicondu
ctor ) )ランジスタなどの比較的スピードの遅
いデバイスを使っても高速のA/D変換器を構成するこ
とができる。
直ちに出力される必要はなく、遅延時間はあるものの連
続して高速に出力されればよい場合が多く、本発明はM
OS (Metal OzsideSemicondu
ctor ) )ランジスタなどの比較的スピードの遅
いデバイスを使っても高速のA/D変換器を構成するこ
とができる。
第1図は本発明の縦続形A/D変換器の一実施例のブロ
ック図、第2図は本発明のA/D変換器の動作を説明す
るためのクロックタイミング図、第3図は本発明の縦続
形A/D変換器の他の実施例のブロック図である。 1−1〜1−3・・・・・・サンプルホールド回路、2
−1′、2−2・・・・・オペアンプ、3−1〜3−3
・・・・・・コンパレータ、4−1.4−2・・・・・
・ラッチ回路、6−1〜6−6・・・・・・基準電圧源
。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第2
図 T 了2 T 4 6
ック図、第2図は本発明のA/D変換器の動作を説明す
るためのクロックタイミング図、第3図は本発明の縦続
形A/D変換器の他の実施例のブロック図である。 1−1〜1−3・・・・・・サンプルホールド回路、2
−1′、2−2・・・・・オペアンプ、3−1〜3−3
・・・・・・コンパレータ、4−1.4−2・・・・・
・ラッチ回路、6−1〜6−6・・・・・・基準電圧源
。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第2
図 T 了2 T 4 6
Claims (1)
- 複数個のサンプルホールド回路と、増幅器を縦続に接続
したA/D変換器であって、各段の前記サンプルホール
ド回路の出力と重みづけされた基準電圧の差分をクロッ
クに同期して次段のサンプルホールド回路に送る一方、
ディジタル出力信号の極性により次のクロック周期で次
段の基準電圧の極性を制御する手段を具備したことを特
徴とする縦続形A/D変換器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27762687A JPH01120126A (ja) | 1987-11-02 | 1987-11-02 | 縦続形a/d変換器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27762687A JPH01120126A (ja) | 1987-11-02 | 1987-11-02 | 縦続形a/d変換器 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01120126A true JPH01120126A (ja) | 1989-05-12 |
Family
ID=17586047
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP27762687A Pending JPH01120126A (ja) | 1987-11-02 | 1987-11-02 | 縦続形a/d変換器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH01120126A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04371025A (ja) * | 1991-06-19 | 1992-12-24 | Nec Corp | A/d変換回路 |
-
1987
- 1987-11-02 JP JP27762687A patent/JPH01120126A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04371025A (ja) * | 1991-06-19 | 1992-12-24 | Nec Corp | A/d変換回路 |
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