JPH01296713A - アナログ・デジタル変換器用電圧比較回路 - Google Patents

アナログ・デジタル変換器用電圧比較回路

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JPH01296713A
JPH01296713A JP12652588A JP12652588A JPH01296713A JP H01296713 A JPH01296713 A JP H01296713A JP 12652588 A JP12652588 A JP 12652588A JP 12652588 A JP12652588 A JP 12652588A JP H01296713 A JPH01296713 A JP H01296713A
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JP
Japan
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switching means
voltage
input
turned
switch
Prior art date
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JP12652588A
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English (en)
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Hiroshi Takakura
寛 高倉
Tetsuya Iida
哲也 飯田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、半導体集積回路チップ上に形成さ”  れる
アナログ・デノタル変換器(以下、AD変換器という)
に係り、特にスイッチング手段のタイミングを制御する
手段に関する。
(従来の技術) この種の従来のAD変換器は、”Monolithic
gxpandable 5 bit 20 MHz C
MO8/SO8AD Converter’’ 79 
IEEE J of S、S、CVol、 5C−14
等に示されている。第4図は、従来のAD変換器の一例
を示しており、S!はAD変換入力である第1の入力電
圧vln1が入力する第1のCMOSスイッチ、S2は
基準電圧でちる第2の入力電圧Vin2が入力する第2
のCMOSスイッチ、Cは上記2個のスイッチS1+8
2の出力端共通接続点(ノードNt )と反転増幅器1
の入力端(ノードN2 )との間に接続された容量、S
3は上記反転増幅器1の入出力端子間に接続された第3
のCMOSスイッチである。上記CMOSスイッチSL
 + 82 + 83は、それぞれPチャネルMOSト
ランジスタとNチャネルMOSトランジスタとが並列に
接続されており、第1のスイッチS1と第3のスイッチ
S3のNチャネルトランジスタおよび第2のスイッチS
2のPチャネルトランジスタの各f−1にクロック信号
φが印加され、第1のスイッチS1と第3のスイッチS
3のPチャネルトランジスタお工び第2のスイッチ52
ONチヤネルトランノスタの各ゲートにクロック信号7
が印加されている。上記クロック信号φ、■は、第5図
に示すように、vDD電源電圧(”1″レベル)と■8
s電源電圧(O”レベル)との間で変化する相補的な信
号であり、これによって前記第1のスイッチS1と第3
のスイッチS3とが同じオン状態またはオフ状態に制御
されると同時に、第2のスイッチS2がオフ状態または
オン状態に制御されるものである。
いま、サンプルモードのとき、φ=”1”、7−“′0
#となり、スイッチSl、S3 が7r7、スイッチS
2がオフになるので、ノードN1の電圧vcとして入力
電圧vin1が現われ、反転増幅器1の入力ノードN2
の電圧V・として出力電圧V。utが帰還する。
この反転増幅器1は、入出力特性が第6図に示す曲線A
のようになり、入出力端間を短絡したときの直流帰還特
性は曲線Bで示すようになる。従って、前記スイッチS
3がオンのとき、反転増幅器1の入力電圧V、は曲線A
、Bの交点に対応するV。。
であり、このときv1=vo、=voutが成立する。
ここて、vo、を増幅動作点電圧と定義する。
次に、電圧比較モードに移るとき、φ=”0″、φ=”
l’となり、スイッチS 1+ 83がオフ、スイッチ
S2がオンになり、ノードNlの電圧V としてV、 
 2がC1n 現われ、反転増幅器Jの入力ノードN2の電圧V、は、
(Vい2−Vinl)の電位変化分だけ変化するので、
(vin2−v、ni )+v0.となる。ここで、反
転増幅器1の電圧利得’tK(<0)とすると、出力′
電圧V。ut=K・(vin2−vinl)+vo、と
なり、入力電圧vln1とV、n2との差を増幅した出
力電圧V。utが得られる。
ところで、従来は、スイッチ81 * 82 + Sa
のオン、オフのタイミングについて特に留意されておら
す、スイッチ81 + 83に共通のクロック信号φ。
iが印加されていた。従って、信号遅延等のため、サン
プルモード終了から電圧比較モードに移るとき、スイッ
チS1がスイッチS3よりも先にオフ状態になるという
状況が生じる。このとき、スイッチS、のクロックフィ
ードスルー(@5w1tch−InducedErro
r ’10101ta on a 5w1tched 
Capacitor ” ’B4IEEE J of 
S、S、CVol、 5C−1’9等参照)により、ス
イッチSlの電荷ΔQlが容量Cに流れ込む。これによ
り、容量CK蓄えられていた電荷QはQ’=Q±ΔQ1
となって変化してしまう。また、この電荷の変化分ΔQ
1により、反転増幅器1の入力ノードN2にV = (
Vin2−V、nl ) +V、、±ΔV、となる。こ
こで、上記クロックドスルーによる電荷ΔQ1は、スイ
ッチS1の入力端子V、ntに依存性を持つので、オフ
セラ)K圧Δ■4は入力電圧vin1に応じて変動して
しまう。
(発明が解決しようとする課題) 本発明は、上記したようにサンプルモードから電圧比較
モードへ移るときのスイッチのオン。
オフのタイミング関係が原因でAD変換入力電圧Vtn
1に依存するオフセット電圧が生じることによってAD
変換精度が低下するという問題点を解決すべくなされた
もので、サンプルモードから電圧比較モードへ移るとき
のスイッチのオン、オフのタイミング関係が所定の安定
したものとなり、AD変換入力電圧に依存するオフセッ
ト電圧は発生せず、AD変換精度が向上するアナログ・
デジタル変換器を提供することを目的とする。
[発明の構成] (課題を解決するだめの手段) 本発明のアナログ・デジタル変換器は、第1の入力電圧
が入力する第1のスイッチング手段と、第2の入力電圧
が入力する第2のスイッチング手段と、上記2個のスイ
ッチング手段の出力端共通接続点と反転増幅器または電
圧比較器との間に接続された容量と、上記反転増幅器ま
たは電圧比較器の入出力端子間に接続された第3のスイ
ッチング手段と、サンプルモードでは前記第1のスイッ
チング手段と第3のスイッチング手段とをオン状態、前
記第2のスイッチング手段をオフ状態にし、電圧比較モ
ードに移るときには前記第3のスイッチング手段をオフ
状態にしたのち前記第1のスイッチング手段をオフ状態
にし、さらに、前記第2のスイッチング手段をオン状態
にする制御手段とを具備することを特徴とする。
また、本発明のアナログ・デジタル変換器は、第1の入
力電圧がそれぞれ入力する複数個の第1のスイッチング
手段と、バイナリ−コード化された第2の入力電圧の各
ビットがそれぞれ入力する複数個の第2のスイッチング
手段と、上記複数個の第1のスイッチング手段と複数個
の第2のスイッチング手段との各対応するスイッチング
手段の出力端共通接続点と反転増幅器または電圧比較器
との間にそれぞれ接続され、バイナリ−に重み付けされ
た容量値を有する複数個の容量と、上記反転増幅器また
は電圧比較器の入出力端子間に接続された第3のスイッ
チング手段と、サンプルモードでは前記第1のスイッチ
ング手段と第3のスイッチング手段とをオン状態、前記
第2のスイッチング手段をオフ状態にし、電圧比較モー
ドに移るときには前記第3のスイッチング手段をオフ状
態にしたのち前記第1のスイッチング手段をオフ状態に
し、さらに、前記第2のスイッチング手段をオン状態に
する制御手段とを具備することを特徴とする。
(作用) サンプルモードから電圧比較モードへ移るとき、第3の
スイッチング手段がオフになるときのクロックフィール
ドスルーによりその電荷ΔQが容量に流れ込む。次に、
第1のスイッチング手段がオフになっても上記容量の電
荷は変わらないので、反転増幅器あるいは電圧比較器の
入力端のオフセット電圧ΔVは前記電荷ΔQによるもの
だけとなる。この電荷ΔQは、AD変換入力端子に依存
せず、反転増幅器あるいは電圧比較器の動作点電圧V 
に依存し、この値は一定であるのでオフセp ノ)!圧ΔVの値は変化しない。このオフセント電圧Δ
Vの補償は適宜手段により可能であるので、AD変換精
度が向上する。
(実施例) 以下、図面を参照して本発明の一実施例を詳細に説明す
る。
第1図に示すAD変換器は、第4図を参照して前述した
AD変換器と比べて、各CMOSスイッチSl * 8
2 + 83に対応して独立に相補的なりロック信号(
φl 、<61)、(φ2.+62)、(φ3.<A3
)が印加され、これらの3組のクロック信号がサンプル
モードから電圧比較モードに移るときに、所定の順序で
所定の変化を行うように制御する制御手段が設けられて
いる点が異なり、その他は同じであるので第4図中と同
一符号を付している。
上記AD変換器において、サンプルモードのとき、φ1
−11#、¥1=10″、φ3=”1”、73=“0”
となってスイッチSl+83がそれぞれオンになると共
に、φ2=″0“、φ2=11″となってスイッチS2
がオフになり、ノードN、の電圧■。として入力電圧v
in1が現われ、反転増幅器10入カノードN2の電圧
V として出力電圧V。utが帰還し、■、=vout
=V となる。
p 次に、電圧比較モードに移るとき、第2図に示すように
、先ず、φ3が−1o # (,13が“ビ)になって
スイッチ$3がオフになり、この後、φlが”0”(7
゜が“1”)になってスイッチS1がオフになり、さら
に、φ2が@ 1#(、i2が“0”)になってスイッ
チS2がオンになる。この場合、スイッチS3がオフに
なるときのクロックフィードスルーによりその電荷ΔQ
3が容量Cに流れ込み、この容量Cの電荷はQ′(=Q
±ΔQs )となる。そして、この後、スイッチS1が
オフ状態になるが、容量Cの電荷Q′は変わらないので
、反転増幅器10入カノードN2のオフセット電圧Δv
3は電荷ΔQ3によるものだけとなり、入力/−トNx
LD電圧viは、”1=(vin2’in ”+V ±
Δv3となる。ここで、前記スイッチS3のp クロックフィールドスルーにより生じる電荷ΔQ3は、
このスイッチS3の入力電圧に依存するが、このスイッ
チS3の入力電圧は■。、であり、オフセット電圧ΔV
、の値は変動しない。したがって、例えば入力電圧vi
nIKオフセット電圧Δ■3を上乗せする等の手段で補
償することによって、高い感度で電圧比較を行うことが
可能になり、 AD変換精度が向上する。
なお、本発明は上記実施例に限られるものではなく、第
3図に示すようなAD変換器にも適用できる0 即ち、第3図において、31は第1の入力電圧(アナロ
グ電圧) ■ainが共通に各一端に入力する複数個(
本例では4個)のスイッチ素子SW!〜SW4を有する
第1のスイッチング手段、32はnビットのバイナリ−
コード化された第2の入力電圧(デジタル信号)の各ビ
ットv、。〜vd4が対応して各一端に入力するn個の
スイッチ素子sW′1〜SW’4を有する第2のスイッ
チング手段である。上記第1のスイッチング手段31の
スイッチ5w1− sw4と上記第2のスイッチング手
段32のスイッチSW1〜SW−との各対応するスイッ
チの他端(出力側)同士が共通に接続されており、この
各共通接続点と反転増幅器1の入力ノードN2との間に
バイナリ−に重み付けされた容量値を有する4個の容量
C1〜C4が接続されている。この場合、バイナリ−に
重み付けされた容量値は、容量C,,C,が同じ基準容
量値Cを有し、容量C3が容量値2Cを有し、容量C4
が容量値4Cを有することを表わしている。そして、前
記反転増幅器1の入出力端子間に第3のスイッチング手
段33が接続されている。
上記第3図のAD変換器も、前記実施例のAD変換器と
同様に、スイッチング手段31.32.33のタイミン
グ制御が行われることによって同様の効果が得られる。
なお、上記各実施例における反転増幅器に代えて電圧比
較器を用い、この電圧比較器の基準入力端に基準電圧を
与え、比較入力端に前記各fCの他端あるいは容量自〜
C4の共通接続端を接続するようにしてもよい。
[発明の効果] 上述したように本発明のAD変換器によれば、サンプル
モードから電圧比較モードへ移るときのスイッチのオン
、オフのタイミング関係が所定の安定したものとなり、
AD変換入力電圧に依存するオフセット電圧が発生しな
くなり、AD変換精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のAD変換器の一実施例を示す構成説明
図、第2図は第1図中のスイッチの制御信号のタイミン
グを示す図、第3図は本発明の他の実施例を示す構成説
明図、第4図は従来のAD変換器を示す構成説明図、第
5図は第4図中のスイッチの制御信号を示す波形図、第
6図は第1図及び第4図中の反転増幅器の入出力特性を
示す図である。 81.31・・・第1のスイッチ、82.32・・・第
2のスイッチ、S3.JJ・・・第3のスイッチ、1・
・・反転増幅器、c 、 C1〜C4=・・容量、SW
l 〜SW4 + SW’l 〜SW’4・・・スイッ
チ。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)第1の入力電圧が入力する第1のスイッチング手
    段と、第2の入力電圧が入力する第2のスイッチング手
    段と、上記2個のスイッチング手段の出力端共通接続点
    と反転増幅器または電圧比較器との間に接続された容量
    と、上記反転増幅器または電圧比較器の入出力端子間に
    接続された第3のスイッチング手段と、サンプルモード
    では前記第1のスイッチング手段と第3のスイッチング
    手段とをオン状態、前記第2のスイッチング手段をオフ
    状態にし、電圧比較モードに移るときには前記第3のス
    イッチング手段をオフ状態にしたのち前記第1のスイッ
    チング手段をオフ状態にし、さらに、前記第2のスイッ
    チング手段をオン状態にする制御手段とを具備すること
    を特徴とするアナログ・デジタル変換器。
  2. (2)第1の入力電圧がそれぞれ入力する複数個の第1
    のスイッチング手段と、バイナリーコード化された第2
    の入力電圧の各ビットがそれぞれ入力する複数個の第2
    のスイッチング手段と、上記複数個の第1のスイッチン
    グ手段と複数個の第2のスイッチング手段との各対応す
    るスイッチング手段の出力端共通接続点と反転増幅器ま
    たは電圧比較器との間にそれぞれ接続され、バイナリー
    に重み付けされた容量値を有する複数個の容量と、上記
    反転増幅器または電圧比較器の入出力端子間に接続され
    た第3のスイッチング手段と、サンプルモードでは前記
    第1のスイッチング手段と第3のスイッチング手段とを
    オン状態、前記第2のスイッチング手段をオフ状態にし
    、電圧比較モードに移るときには前記第3のスイッチン
    グ手段をオフ状態にしたのち前記第1のスイッチング手
    段をオフ状態にし、さらに前記第2のスイッチング手段
    をオン状態にする制御手段とを具備することを特徴とす
    るアナログ・デジタル変換器。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56120220A (en) * 1980-02-28 1981-09-21 Seiko Instr & Electronics Ltd Differential amplifier for sequential comparison type analog and digital converter
JPS5820029A (ja) * 1981-07-28 1983-02-05 Fujitsu Ltd アナログ・デイジタル変換器
JPS6336157A (ja) * 1986-07-30 1988-02-16 Nec Corp 比較回路

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