JPH0215713A - アナログ・ディジタル変換回路 - Google Patents

アナログ・ディジタル変換回路

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JPH0215713A
JPH0215713A JP63164622A JP16462288A JPH0215713A JP H0215713 A JPH0215713 A JP H0215713A JP 63164622 A JP63164622 A JP 63164622A JP 16462288 A JP16462288 A JP 16462288A JP H0215713 A JPH0215713 A JP H0215713A
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voltage
circuit
analog input
comparators
analog
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Yasuhiro Sugimoto
泰博 杉本
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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】 [発明の目的] (産業上の利用分野) この発明は高速、低消費電力でかつ高精度のアナログ・
ディジタル変換回路に関する。
(従来の技術) 従来、アナログ信号をディジタル変換する低消費電力の
アナログ・ディジタル変換回路として、I’5SCC8
5,DigestorTechn+cap apers
の第72頁及び第73頁のA ndrewG、F、  
DingvallによるrAn8  MHz  8bC
MOS  Subrang+ng ADCJや、電子通
信学会論文誌 ’ 8415Vo1.J67−CNo。
5の第443頁ないし第450頁の久保木他によるrc
MOsチョッパ型コンパシコンパレータ評価」が知られ
ている。
第6図は前者の文献中に開示されているCMOSチョッ
パ型コンパレータの構成を示す回路図である。抵抗ラダ
ー回路によって得られた基準電圧VrerはCMO3)
−ランスファゲート 151を介してキャパシタ 15
2の一端に供給される。上記CMOSトランスファゲー
ト151が導通しているときは、上記キャパシタ 15
2の他端に入力端子が接続されたCMOSインバータ 
153の入出力端間がCMO3I−ランスファゲート 
154で短絡され、CMOSインバータ 153の動作
点が決定される。
次に、CMOSトランスファゲート 155が導通し、
アナログ入力端子Vlnが上記キャパシタ 152の一
端に供給される。このとき、CMOSトランスファゲー
ト 154は非導通となり、CMOSインバータ 15
3の出力は先の基準電圧V rc「とアナログ入力電圧
Vinとの大小関係に基づいて設定され、この後、クロ
ック信号φに同期してCMOSラッチ回路 15Gでラ
ッチされる。このようなCMOSチョッパ型コンパレー
タは抵抗ラダー回路によって得られる基準電圧の数だけ
設けられている。
ところで、上記構成でなるC M、 OSチョッパ型コ
ンパレータでは、後者の文献中に開示されているように
、最適化を行なっても動作速度には制限を生じる。これ
は、ビット精度が上がるとより顕著となる。このため、
CMO3化され、低消費電力化が図られた従来のアナロ
グ・ディジタル変換回路は、ビデオ信号等、周波数が高
いアナログ信号のディジタル変換には適していない。そ
の原因は、微少入力電圧をCMOSレベルまでオフセッ
ト誤差を持たせずに増幅することができないことにある
。従って、CMOS構成による従来のアナログ・ディジ
タル変換回路では消費電力は少ないものの、高い周波数
の微少なアナログ入力電圧を高精度にディジタル変換す
ること、ができないという欠点がある。
(発明が解決しようとする課題) この発明は、従来回路が持つ、高周波数の微少なアナロ
グ入力電圧を高精度にディジタル変換することができな
いという欠点を考慮してなされたものであり、その目的
は、低消費電力性をそれ程損わずに高周波数の微少なア
ナログ入力電圧を高精度にディジタル変換できるアナロ
グ・ディジタル変換回路を堤洪することにある。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) この発明のアナログ・ディジタル変換回路は、それぞれ
バイポーラトランジスタを用いて構成され、値が異なる
複数の基準電圧とアナログ入力電圧とをそれぞれ比較す
る比較器群と、上記比較器群の比較結果から」二元アナ
ログ入力電圧に対応したディジタル変換値を得る手段と
を具備したことを特徴とする。
さらにこの発明のアナログ・ディジタル変換回路は、そ
れぞれバイポーラトランジスタを用いて構成され、値が
異なる複数の1次基準電圧とアナログ入力電圧とをそれ
ぞれ比較する第1の比較器群と、それぞれMOSトラン
ジスタを用いて構成され、−上記第1の比較器群の比較
結果をラッチするラッチ回路群と、上記ラッチ回路群の
記憶内容に基づき上記アナログ入力電圧に対する第1の
ディジタル変換値を得る手段と、上記ラッチ回路群の記
憶内容に基づき上記アナログ入力電圧に近い高レベル側
の1次基準電圧と低レベル側の1次基準電圧吉を選択す
る選択手段と、上記選択手段で選択された高レベル側及
び低レベル側の1次基準電圧相互間の電位差を分圧して
複数の2次基準電圧を発生する2次基準電圧発生手段と
、それぞれバイポーラトランジスタを用いて構成され、
上記2次基準電圧発生手段で発生された複数の2次基準
電圧と上記アナログ入力電圧とをそれぞれ比較する第2
の比較器群と、上記第2の比較器群の比較結果から上記
アナログ入力電圧に対する第2のディジタル変換値を得
る手段と、上記第1及び第2のディジタル変換値から上
記アナログ入力電圧に対応したディジタル変換値を得る
手段とを具備したことを特徴とする。
(作用) 基準電圧とアナログ入力電圧とを比較する比較器群それ
ぞれをバイポーラトランジスタを用いて構成することに
より、CMOS構成の比較器を用いた場合に比べて動作
の高速化を図ることができる。
さらに高速動作をそれ程必要としないラッチ回路等はC
MOS構成とすることにより、低消費電力性もそれ程損
われない。
(実施例) 以下、図面を用いてこの発明を実施例により説明する。
第1図はこの発明に係るアナログ・ディジタル変換回路
(以下、A−D変換回路と称する)の全体の構成を示す
回路図である。
このA−D変換回路は抵抗う・ダー回路と電圧比較器群
をそれぞれ備えた前段変換部と後段変換部とにより構成
されている。すなわち、アナログ入力電圧Vinは、前
段変換部に設けられ、高速動作とオフセット電圧の発生
をできるだけ少なくするため、それぞれバイポーラトラ
ンジスタのみによって構成された1反数個の電圧比較器
11に共通に入力されている。一方、この前段変換部に
は一定電圧Vrc「lとVrcf2との間に複数個の抵
抗が直列接続されて構成された抵抗ラダー回路12が設
けられている。この抵抗ラダー回路■2によって得られ
る値が異なる複数の1次基準電圧は、上記複数個の電圧
比較器11に入力され、上記アナログ入力電圧Vinと
それぞれ比較される。これら複数個の電圧比較器11の
比較結果は複数個の各論理回路13に入力される。これ
ら各論理回路■3は全体の消費電力口を削減するために
CMOS構成にされており、」二足複数個の各電圧比較
2Wllの比較結果をラッチし、かつ隣接した論理回路
13から入力されるラッチ内容との論理をとることによ
って」−2複数の電圧比較+j:l]の比較信号が変化
する箇所を検出すると共に、その一部の出力はエンコー
ダ14に入力され、ここでアナログ入力電圧Vlnに対
応した上位ビット側の2進変換値か発生される。
他方、−上記IM数個の論理回路13の出力に基づき、
各論理回路13毎に設けられた一対の半導体スイッチ1
5a、 15bが選択的に導通制御される。この半導体
スイッチ15a、 15bを介して選択された高レベル
側及び低レベル側の1次基準電圧はバッファ回路16.
17にそれぞれを介して後段変換部の抵抗ラダー回路1
8の両端に入力される。この後段変換部の抵抗ラダー回
路18に人力された電位差は、上記前段変換部によって
変換されなかった上位ビット以下の信号成分からなるも
のである。従って、後段変換部の抵抗ラダー回路18に
よって得られ、値が異なる複数の2次基準電圧と上記ア
ナログ入力端子Vinとが、後段変換部に設けられそれ
ぞれラッチ機能並びに論理機能を仔する複数個の電圧比
較器19で比較される。なお、これら後段変換部の複数
個の電圧比較器19も、高速動作とオフセット電圧の発
生をできるだけ少なべするため、それぞれバイポーラト
ランジスタのみで構成されている。
上記複数個の各電圧比較器19はそれぞれ、比較結果を
ラッチし、かつ隣接した電圧比較器19から入力される
ラッチ内容との論理をとることによってこれら複数の電
圧比較器19の比較信号が変化する箇所を検出すると共
に、その一部出力はエンコーダ20に人力され、ここで
アナログ入力電圧Vjnに対応した下位ビット側の2進
変換値が発生される。
ここで、前段変換部の複数の各電圧比較器11では、そ
れ程正確な比較を行なう必要はないが、高速性が要求さ
れる。このため、これら各電圧比較器11はバイポーラ
トランジスタを用いて構成されている。また、これら各
電圧比較器11の比較結果が供給される論理回路13で
は高速性は要求されないが、全体の消費電力の低減化を
図るためにCMOS構成にされている。
他方、後段変換部の複数の各電圧比較器19は1次基準
電圧よりも微少な2次゛基準電圧の比較を行ない、全体
の変換精度を決定するものであるから正確な比較動作及
び高速性が要求される。従って、これら各電圧比較器1
9はバイポーラトランジスタを用いて構成されている。
また、上記各電圧比較器19の出力に応じてアナログ入
力電圧Vinに対応した下位ビット側の2進変換値を発
生するエンコーダ20も、上記各電圧比較器19と同様
にバイポラトランジスタを用いて構成されている。従っ
て、このエンコーダ20の出力はバイポーラレベルの信
号をCMOSレベルに変換するレベル変換回路21を介
して論理回路22に入力される。
上記論理回路22には上記エンコーダ14でアナログ入
力電圧Vlnに対応した上位ビット側の2進変換値も入
力されており、論理回路22はこれら上位及び下位の2
進変換値に応じてアナログ入力端子Vinに対応したデ
ィジタル変換値Doutを出力する。
このように上記実施例回路では動作の高速性が要求され
る前段変換部の各電圧比較器11及び後段変換部の各電
圧比較器19を′バイポーラトランジスタのみを用いて
構成するようにしているので、従来のように全てCMO
S構成とじた場合に比べて動作の高速化を図ることかで
きる。しかも、信号の弁別を行なう際の素子の閾値電圧
であるバイポーラトランジスタのVBHのばらつきの値
はMOS)−ランジスタのVTIIのばらつきの値に比
べて少なくとも1/10以下であるため、これら各電圧
比較器11もしくは19の内部で発生するオフセット電
圧の影響による出力誤差を十分に小さくすることができ
る。さらに、高速動作か必要でない論理回路13等はC
MOS構成にされているため、回路全体の低消費電力性
もそれ程損われることはない。
次に上記構成でなるA−D変換回路の主要部の詳細な構
成について説明する。
第2図は前段変換部における電圧比較器11の一具体例
の構成を示す回路図である。前記アナログ入力端子Vi
n及び前記−つの1次基章電圧V rcl’aはエミッ
タフォロワ増幅段30に入力される。このエミッタフォ
ロワ増幅段30は、入力用のnpn トランジスタ31
.32、ベースに一定バイアス電圧Vlが入力されトラ
ンジスタ31.・32の定電流エミッタ負荷となる口n
pトランジスタ33.34及び両トランジスタ33.3
4のエミッタ抵抗35.36で構成されている。上記エ
ミッタフォロワ増幅段30の出力はカスケード型の差動
増幅段37に入力される。
この差動増幅段37は、npnトランジスタ38〜42
、定電流源用の抵抗43及び負荷抵抗44.45とから
構成されている。上記差動増幅段37の出力は差動増幅
段4Gに入力される。この差動増幅段46は、入力用の
npn トランジスタ47.4g、定電流源用のnpn
 トランジスタ49及びそのエミッタ抵抗50と負荷抵
抗51.52から構成されている。そして、差動増幅段
4Gの出力はエミッタフォロワ増幅段53から信号Q、
Qとして取り出される。このエミッタフォロワ増幅段5
3は、npnトランジスタ54.55及びこれらの定電
流エミッタ負荷となるnpn トランジスタ5B、 5
7及び抵抗58.59で構成されている。
このような構成の電圧比較器11において、アナログ入
力電圧Vinに比べて1次基準電圧V re[’aの値
の方が小さな場合には出力Qが“1″レベル、Qが“0
”レベルになり、これとは反対にVinに比べて1次基
準電圧V ref”aの値の方が大きな場合には出力Q
が“0”レベル、Qが“1″レベルになる。このように
バイポーラトランジスタのみを用いて構成された前段変
換部の複数の各電圧比較器11では、各部で十分な電流
を流すことによって比較、増幅動作を行なうため、動作
の高速化を図ることができる。しかも、バイポーラトラ
ンジスタのベース・エミッタ間電圧VBEのばらつきの
値は、MOSトランジスタの閾値電圧VT11のそれに
比べて少なくとも1/10以下であるため、これら各電
圧比較器内部で発生するオフセ・ント電圧の影響による
出力誤差を十分に小さくすることができる。
第3図は前段変換部において、上からn番目の論理回路
13の具体例な構成を示す回路図である。
前記電圧比較器11の出力信号Q、Qはラッチ回路段6
0でラッチされる。こ゛のラッチ回路段60はクロック
信号CK 1に同期して上記信号Q、Qを取込む2個の
PチャネルMO8+−ランジスタGl、 82、Pチャ
ネルMOSトランジスタG3.64.135とNチャネ
ルMOSトランジスタ13B、 67、138からなり
」−2クロック信号CK lに同期して上記取込まれた
信号Q、OをラッチするCMOSラッチG9とから構成
されている。」1記ラッチ回路段60でラッチされた一
方の信号Q′は論理回路段70に入力されると共に、他
方の信号Q′は隣接するn−1番目の論理回路13内の
論理回路段70に入力される。この論理回路段70は、
対応するラッチ回路段60からの出力Q′と隣接するn
+1番目の論理回路13内の論理回路段70からの出力
Q′とに基づき、前記電圧比較器Llの比較信号が変化
する箇所を検出し、その検出結果に基づいて前記半導体
スイッチ15a。
15bを制御するだめの信号と前記エンコーダ14に出
力するための信号を発生するものであり、PチャネルM
OSトランジスタ71.72とNチャネルMOSトラン
ジスタフ3.74とからなるNORゲト75、このNO
Rゲート75の出力をそれぞれ反転するPチャネルMO
5トランジスタフG、 79それぞれ及びNチャネルM
OSトランジスタ・77、80それぞれからなるCMO
Sインバータ7g、 81、上記CMOSインバータ7
8の出力に応じて“1”レベルの信号に対応した電源電
圧VCCを出力制御する最大で5個以内の数のPチャネ
ルMO5トランジスタ82とから構成されている。
このような構成の論理回路13において、例えば対応す
る電圧比較器11からの出力信号Qが“1゛レベル、Q
が“0”レベルのときは一方のラッチ信号Q′が“1″
レベル、Q′か“0”レベルになる。そして、隣接する
n+1番目の論理回路13内の論理回路段70からの出
力Q′ も“0“レベルの場合には、NORゲート75
の出力が“1”レベル、これに続<CMOSインバータ
81の出力が“0” レベルとなり、このインバータ8
1の出力で制御される前記一対の半導体スイッチ15a
、 15cはオフ状態にされる。また、CMOSインバ
ータ78の出力も“O″レベルなるので、PチャネルM
O3トランジスタ82はオンし、前記エンコーダ14に
は“1″レベルの信号が入力される。
第4図は後段変換部において、上からn番目の電圧比較
器19の具体的な構成を示す回路図である。
この回路も前記のようにバイポーラトランジスタのみで
構成されている。
すなわち、前記アナログ入力電圧Vin及び前記−つの
2次基準電圧V rerbはエミッタフォロワ増幅段9
0に入力される。このエミッタフォロワ増幅段90は、
入力用のnpn トランジスタ9+、 92、ベースに
一定バイアス電圧Vlが入力されトランジスタ91.9
2の定電流エミッタ負荷となるnnpトランジスタ93
.94及び両トランジスタ93.94のエミッタ抵抗9
5.96で構成されている。上記エミッタフォロワ増幅
段90の出力はECL方式でカスケード型のクロック同
期ラッチ方式の差動増幅段100に入力される。この差
動増幅段100は、」ニジ己エミッタフォロワ増幅段9
0の出力か入力されるnpn トランジスタ 101.
 102、クロック信号CK2もしくはCK2か供給さ
れるnpnトランジスタ 103〜10G、ベースに・
一定バイアス電圧■1が人力されnpnトランジスタ 
107、トランジスタ 107の定電流エミッタ負荷と
なる定電流源用の抵抗10g、出力用のnpn トラン
ジスタ 109110及び負荷抵抗Ill、  112
とから構成されており、アナログ入力電圧Vinと2次
基亭電圧V rerbとの比較結果に応じた信号Q、Q
を出力する。」1記差動増幅段100の出力Q、Qは論
理段120に人力される。この論理段120は、npn
 トランジスタ 121〜129、定電流源用の抵抗1
30〜132及び負荷用の抵抗133. 134とから
構成されており、隣接する論理段120からの出力とを
用いて比較信号か変化する箇所を検出する。
第5図は後段変換部において、バイポーラレベルで出力
される前記エンコーダ20の出力をCMOSレベルに変
換するレベル変換回路21の1ビット分の具体的な構成
を示す回路図である。この回路は、前記エンコーダ20
からの出力Q、 Qが供給される差動増幅段 130と
、この差動増幅段130の出力が供給されるC M 、
OS出力段140とから構成されている。差動増幅段1
30はエンコーダ20からの出力Q、Qが供給されるn
pn トランジスタ 131. 132、ベースに一定
バイアス電圧Vtが人力されトランジスタ Hl、  
+32の定電流エミッタ負荷となるnpnトランジスタ
 133、このトランジスタ 133のエミッタ抵抗1
34、上記トランジスタ 131. 132の負荷とな
りゲート・ドレイン間が短絡されたPチャネルMOSト
ランジスタ135、 1313とから構成されている。
CMO8出力段140は、上記差動増幅段+30内のP
チャネルMOSトランジスタ 135. 13Gそれぞ
れとカレントミラー回路を構成するPチャネルMO8ト
ランジスタ 141. 142、上記MO5トランジス
タ 141が入力側に接続され、上記MOSトランジス
タ142か出力側に接続され、カレントミラー回路を構
成するNチャネルMOSトランジスタ 143゜144
、上記MOSトランジスタ 142と 144の接続点
145の信号が人力されるCMOSインバータ146と
から構成されている。このように、このレベル変換回路
21はバイポーラトランジスタとPチャネル及びNチャ
ネルのMOSトランジスタを用いて+R成されている。
なお、この発明は上記実施例に限定されるものではなく
、種々の変形が可能であることはいうまでもない。例え
ば−1上記実施例ではこの発明を前段変換部と後段変換
部からなるA−D変換回路に実施した場合について説明
したが、これは入力アナログ電圧と抵抗ラダー回路で得
られる1夏数の基準電圧を電圧比較器で比較した結果に
基づいてディジタル変換値を得るような一段変換構成の
場合でも、電圧比較器をバイポーラトランジスタのみを
用いて構成することにより、高い周波数の微少なアナロ
グ入力電圧を高精度に変換することが可能である。
[発明の効果] 以上説明したようにこの発明によれば、アナログ入力端
子と’A /$雷電圧を比較する電圧比較器をバイポー
ラトランジスタを用いて構成し、それ以外はCM OS
 fig成にしたので、低電力消費性をそれ程損わずに
動作の高速化と変換精度の向上を図ることができるアナ
ロ゛グ・ディジタル変換回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明に係るアナログ・ディジタル変換回路
の全体の構成を示す図、第2図ないし第5図はそれぞれ
」1記実施例回路の各部分回路の具体的な構成を示す回
路図、第6図は従来のアナログ・ディジタル変換回路で
使用されているコンパレータの回路図である。 11・・・電圧比較器、12・・・抵抗ラダー回路、1
3・・・論理回路、14・・・エンコーダ、15a、 
15b・・・半導体スイッチ、10. 17・・・バッ
ファ回路、18・・・抵抗ラダー回路、19・・・電圧
比較器、20・・・エンコベル変換回路、22・・・論
理回路。 ダ 、  21・・・ 1ノ 出願人代理人 弁理士 鈴江武な 第 図 第 図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)それぞれバイポーラトランジスタを用いて構成さ
    れ、値が異なる複数の基準電圧とアナログ入力電圧とを
    それぞれ比較する比較器群と、 上記比較器群の比較結果から上記アナログ入力電圧に対
    応したディジタル変換値を得る手段とを具備したことを
    特徴とするアナログ・ディジタル変換回路。
  2. (2)それぞれバイポーラトランジスタを用いて構成さ
    れ、値が異なる複数の1次基準電圧とアナログ入力電圧
    とをそれぞれ比較する第1の比較器群と、 それぞれMOSトランジスタを用いて構成され、上記第
    1の比較器群の比較結果をラッチするラッチ回路群と、 上記ラッチ回路群の記憶内容に基づき上記アナログ入力
    電圧に対する第1のディジタル変換値を得る手段と、 上記ラッチ回路群の記憶内容に基づき上記アナログ入力
    電圧に近い高レベル側の1次基準電圧と低レベル側の1
    次基準電圧とを選択する選択手段と、 上記選択手段で選択された高レベル側及び低レベル側の
    1次基準電圧相互間の電位差を分圧して複数の2次基準
    電圧を発生する2次基準電圧発生手段と、 それぞれバイポーラトランジスタを用いて構成され、上
    記2次基準電圧発生手段で発生された複数の2次基準電
    圧と上記アナログ入力電圧とをそれぞれ比較する第2の
    比較器群と、 上記第2の比較器群の比較結果から上記アナログ入力電
    圧に対する第2のディジタル変換値を得る手段と、 上記第1及び第2のディジタル変換値から上記アナログ
    入力電圧に対応したディジタル変換値を得る手段と を具備したことを特徴とするアナログ・ディジタル変換
    回路。
JP63164622A 1988-07-01 1988-07-01 アナログ・ディジタル変換回路 Pending JPH0215713A (ja)

Priority Applications (4)

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