JPH04310022A - アナログ・デジタル変換装置 - Google Patents

アナログ・デジタル変換装置

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JPH04310022A
JPH04310022A JP7521991A JP7521991A JPH04310022A JP H04310022 A JPH04310022 A JP H04310022A JP 7521991 A JP7521991 A JP 7521991A JP 7521991 A JP7521991 A JP 7521991A JP H04310022 A JPH04310022 A JP H04310022A
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JP
Japan
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preamplifier
input
pair
preamplifiers
current
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JP7521991A
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Inventor
Masaaki Kano
昌明 加納
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、アナログ入力信号を
デジタル信号に変換するアナログ・デジタル(以下、A
/Dと記す)変換装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図8に代表的な従来の3ビットのA/D
変換装置の回路図を示す。図9(a)にプリアンプ列2
3の各プリアンプPA10〜PA18の出力電流対IA
0〜IA8,IB0〜IB8を示し、図9(b)にA/
D変換装置におけるk番目のしきい値Vt,k (k=
0,1,・・・,8)とk番目の参照電圧Vr,k と
を示す。
【0003】図9(a)において、横軸はアナログ入力
信号2の電圧を示し、縦軸は各プリアンプPA10〜P
A18の出力電流を示す。また、各プリアンプPA10
〜PA18の出力電流は、それぞれ対応する参照電圧V
r,0 〜Vr,8 付近のレベルのアナログ入力に対
しては線形に変化すると仮定している。また、図9(b
)において、しきい値Vt,k は参照電圧Vr,k 
に等しい。
【0004】このA/D変換装置は、定電圧源1の電圧
が基準抵抗列18に加えられ、基準抵抗列18の両端お
よび各抵抗の接続点に参照電圧Vr,0 〜Vr,8 
が得られ、これらの参照電圧Vr,0 〜Vr,8 は
プリアンプ列23を構成する各プリアンプPA10〜P
A18に個別に入力される。また、アナログ入力信号2
がプリアンプ列23を構成する全てのプリアンプPA1
0〜PA18に共通に入力される。
【0005】このプリアンプ列23の各プリアンプPA
10〜PA18の出力電流対IA0〜IA8,IB0〜
IB8は、負荷抵抗列4に導かれて電圧に変換される。 この負荷抵抗列4に発生した電圧は、ラッチ付き比較器
列5に与えられて増幅される。ラッチ付き比較器列5の
出力C0 〜C8 は、符号化論理回路6に与えられて
A/D変換され、符号化論理回路6から3ビットのA/
D変換出力7が発生する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のA/D変換装置においては、各プリアンプP
A10〜PA18のオフセット電圧がそのままA/D変
換装置の精度に影響するという問題がある。例えば図1
0(a)に示すように、プリアンプ列23のk番目のプ
リアンプPAk にΔVr,k の入力換算オフセット
電圧がある場合、k番目のしきい値Vt,k は、  
Vt,k =Vr,k +ΔVr,k        
                         
‥‥‥(1)となる。この場合、A/D変換装置の各し
きい値Vt,k−3 〜Vt,k+3 は図10(b)
中に矢印で示すような値となり、A/D変換装置の入出
力特性は図10(c)のようになる。なお、Vr,k−
3 〜Vr,k+3 はそれぞれ参照電圧である。
【0007】したがって、積分直線性誤差は、図11(
a)に実線で示すように、k番目のプリアンプPAk 
に入力換算オフセット電圧がΔVr,k だけ存在する
ために、±ΔVr,k /2だけ劣化している。ここで
、A/D変換装置の理想入出力特性は、図10(c)中
の一点鎖線で示されるものを仮定している。この場合、
積分直線性誤差は、± (V0 +ΔVr,k ) /
2(ただし、V0 は1LSBに相当する電圧)となっ
ており、量子化による誤差±V0 /2よりも±ΔVr
,k /2だけ大きい。
【0008】また、微分直線性誤差は、図11(b)に
示すように、その値はデジタル出力コードk−1におい
て+ΔVr,k であり、デジタル出力コードkにおい
て−ΔVr,k である。以上のように、従来のA/D
変換装置では、プリアンプ列23の入力換算オフセット
電圧がそのままA/D変換精度の劣化量となるという課
題がある。
【0009】したがって、この発明の目的は、プリアン
プ列を構成する各プリアンプの入力換算オフセット電圧
によるA/D変換誤差を抑制し、A/D変換を高精度に
行うことができるA/D変換装置を提供することである
【0010】
【課題を解決するための手段】請求項1記載のA/D変
換装置は、複数の参照電圧を発生する参照電圧発生手段
を設け、一方の入力端に共通にアナログ入力信号が入力
されるとともに他方の入力端に各々の参照電圧が入力さ
れ相補的な電流出力端対を有する複数のプリアンプから
なるプリアンプ列を設け、このプリアンプ列の両端以外
の各プリアンプについてそれぞれその両隣の2つのプリ
アンプとの合わせて3個のプリアンプの電流出力端対か
らの各出力電流対を1対に合流させる結線からなる段間
結線を設け、この段間結線により合流させられた出力電
流対を電圧に変換する複数対の負荷抵抗からなる負荷抵
抗列を設け、この負荷抵抗列に発生した電圧を入力とす
る複数のラッチ付き比較器からなるラッチ付き比較器列
を設け、このラッチ付き比較器列の出力を入力とする符
号化論理回路を設けている。
【0011】この場合、前記プリアンプ列の各プリアン
プに少なくとも段間結線に必要な対数だけ相補的な電流
出力端対を独立して設けている。また、請求項2記載の
A/D変換装置は、複数の参照電圧を発生する参照電圧
発生手段を設け、一方の入力端に共通にアナログ入力信
号が入力されるとともに他方の入力端に各々の参照電圧
が入力され相補的な電流出力端対を有する複数のプリア
ンプからなるプリアンプ列を設け、このプリアンプ列の
両端以外の各プリアンプについてそれぞれその両隣の2
つのプリアンプとの合わせて3個のプリアンプの電流出
力端対からの出力電流対を1対に合流させる結線と両端
のプリアンプの電流出力端対からの出力電流対をそれぞ
れ単独に導く結線とからなる段間結線を設け、段間結線
により合流させられた出力電流対および単独に導かれた
出力電流対を電圧に変換する複数対の負荷抵抗からなる
負荷抵抗列を設け、この負荷抵抗列に発生した電圧を入
力とするラッチ付き比較器からなるラッチ付き比較器列
を設け、このラッチ付き比較器列の出力を入力とする符
号化論理回路を設けている。
【0012】この場合、前記プリアンプ列の各プリアン
プに少なくとも段間結線に必要な対数だけ相補的な電流
出力端対を独立して設けている。
【0013】
【作用】プリアンプ列の両端以外の各プリアンプについ
て、それぞれその両隣の2つのプリアンプとの合わせて
3個のプリアンプの電流出力端対からの出力電流対を段
間結線により1対に合流させ、合流させた出力電流対を
負荷抵抗列の各負荷抵抗対に導くことにより、その負荷
抵抗対につながっている3個のプリアンプのオフセット
量を平均化することができる。その結果、しきい値のず
れが平均化される。言い換えれば、いずれか1つのプリ
アンプに大きな入力換算オフセット電圧がある場合に、
3つのプリアンプの出力電流対を1つの負荷抵抗対に導
けば、入力換算オフセットがあるプリアンプの入力端に
与えられている参照電圧に対応するしきい値がずれるだ
けでなく、それに隣接する2つの参照電圧に対応した2
つのしきい値も同時にずれることになる。つまり、1つ
のプリアンプの入力換算オフセット電圧によるしきい値
のずれが3つの参照電圧に分散されることになり、しか
もそのずれは、従来例のように一つの参照電圧のみしき
い値がずれる場合にくらべ3分の1に減少する。
【0014】以上のように、この発明のA/D変換装置
では、回路構成の工夫によりデバイスの不揃いに起因す
る入力換算オフセット電圧による変換誤差を抑制するこ
とができるので、無調整で高精度のA/D変換を行うこ
とができる。
【0015】
【実施例】
〔第1の実施例〕まず、請求項1記載の発明に対応する
第1の実施例について図面を参照しながら説明する。図
1(a)に第1の実施例のA/D変換装置の回路図を示
す。この実施例において、図8に示した従来例と異なる
点は、基準抵抗が両端で延長されていることと、プリア
ンプの個数が上下端で1つずつ増えていることと、プリ
アンプ列3の電流出力端が3対であることと、プリアン
プ列3の電流出力端対と負荷抵抗列4の間に段間結線9
が挿入されていることである。つまり、図8の基準抵抗
列18に代えて参照電圧Vr,−1〜Vr,9を作成す
る基準抵抗列8を用い、プリアンプ列23に代えて各々
独立した3つの電流出力端対を有するプリアンプPA−
1〜PA9 からなるプリアンプ列3を用い、さらにプ
リアンプ列3の両端以外の各プリアンプPA0 〜PA
8 についてそれぞれその両隣の2つのプリアンプPA
−1〜PA9 との合わせて3個のプリアンプの電流出
力端対からの各出力電流対を1対に合流させる結線から
なる段間結線9をプリアンプ列3と負荷抵抗列4との間
に設けている。
【0016】それ以外の構成要素は図8と同様である。 ここで、プリアンプ列3の出力電流特性について説明す
る。プリアンプ列3のk番目(k=−1,0,1…,8
,9)のプリアンプPAk の正相出力電流IA,k,
a , IA,k,b , IA,k,c は等しく、
逆相出力電流IB,k,a , IB,k,b , I
B,k,c は等しい。よって、出力電流の特性は、添
字a,b,cを省いて書くと、図2のようになる。以下
では、3対の区別を必要としない部分では添字a,b,
cを省略して表記する。
【0017】段間結線9を含む部分の詳細図を図3に示
す。段間結線9の両端の処理方法を明示したものが図4
(a)および図5(a)である。ここで、図4(a)に
おけるプリアンプPA9 およびPA8 の出力電流I
A,9,a ,IB,9,a ,IA,9,b ,IB
,9,b ,IA,8,a ,IB,8,a 、ならび
に図5(a)におけるプリアンプPA−1およびPA0
 の出力電流IA,−1,b,IB,−1,b,IA,
−1,c,IB,−1,c,IA,0,c ,IB,0
,c は負荷抵抗には導かれていない。したがって、プ
リアンプPA9 ,PA−1の電流出力端対は原理的に
は各1対でよく、プリアンプPA8 とPA0 の電流
出力端対は原理的には各2対でよい。
【0018】ただし、第1の実施例では全てのプリアン
プPA−1〜PA9 として、全く同じ構成のものを用
いたために上述の構成をとる。そこで、負荷抵抗に流れ
ることのない電流成分を省略するためには、プリアンプ
PA9 ,PA−1の電流出力端対は各1対、プリアン
プPA8 ,PA0 の電流出力端対は各2対であるよ
うなプリアンプ列を用いればよいことは明らかである。 この場合、全てのプリアンプPA9 ,PA−1の電流
出力端対の出力電流値は同一にすればよい。
【0019】さて、図10(a)に示すように、k番目
のプリアンプPAkにΔVr,k だけの入力換算オフ
セット電圧がある場合に、この第1の実施例によれば、
A/D変換装置の変換誤差が従来例よりも抑制されるこ
とを示す。まず、入力換算オフセット電圧がない場合の
変換動作を説明する。プリアンプの相互コンダクタンス
をgm とするとプリアンプPAk(k=−1,0,・
・・,9)の各電流は、   IA,k =gm (Vin−Vr,k ) +I
0 /2                  ‥‥‥
(2)  IB,k =−gm (Vin−Vr,k 
) +I0 /2                ‥
‥‥(3)で表される。隣接する3つのプリアンプPA
k−1,PAk ,PAk+1 から出力される電流の
和は、正, 逆の両極性端子においてそれぞれ、   ISUM,A,k =IA,k−1 +IA,k 
+IA,k+1             =gm (
 Vin−Vr,k−1)+I0 /2       
       +gm ( Vin−Vr,k ) +
I0 /2              +gm ( 
Vin−Vr,k+1)+I0 /2        
    ‥‥‥(4)  ISUM,B,k =IB,
k−1 +IB,k +IB,k+1        
     =−gm ( Vin−Vr,k−1)+I
0 /2              −gm ( V
in−Vr,k ) +I0 /2         
     −gm ( Vin−Vr,k+1)+I0
 /2            ‥‥‥(5)となる。 電流ISUM,A,k と電流ISUM,B,k とは
等しい値をもつ1対の負荷抵抗に導かれ、その負荷抵抗
対の下端の電圧がラッチ付き比較器に入力されるので、
k番目のしきい値Vt,k は相補的な電流ISUM,
A,k とISUM,B,k が等しくなるときである
。第(4)式と第(5)式とを用いると、   3Vin=Vr,k−1 +Vr,k +Vr,k
+1                       
‥‥‥(6)となる。ゆえに、   Vt,k =Vin= (Vr,k−1 +Vr,
k +Vr,k+1)/3          ‥‥‥
(7)となる。ここで、   Vr,k+1 −Vr,k =Vr,k −Vr,
k−1 =V0 ( V0 は定数)   ‥‥‥(8
)を代入すると、   Vt,k =Vr,k             
                         
     ‥‥‥(9)となる。
【0020】さてつぎに、k番目のプリアンプPAk 
にΔVr,k だけの入力換算オフセット電圧がある場
合を考える。前述の電流ISUM,A,k および電流
ISUM,B,k は第(4)式と第(5)式における
Vr,k をVr,k +ΔVr,k に置き換えたも
ので表されるから、第(7)式は次式のように、   Vt,k = (Vr,k−1 +Vr,k +Δ
Vr,k +Vr,k+1)/3        = 
(Vr,k−1 +Vr,k +Vr,k+1)/3+
ΔVr,k /3        =Vr,k +ΔV
r,k /3                   
         ‥‥‥(10)書き換えられる。
【0021】またk−1番目,k+1番目のしきい値V
t,k−1 ,Vt,k+1 はそれぞれ、  Vt,
k−1 =Vr,k−1 +ΔVr,k /3    
                    ‥‥‥(1
1)  Vt,k+1 =Vr,k+1 +ΔVr,k
 /3                      
  ‥‥‥(12)となる。またn番目(n=0〜k−
2,k+2〜8)のしきい値Vt,n は、   Vt,n =Vr,n             
                         
     ‥‥‥(13)となる。
【0022】この様子を図6(a)に示す。この結果、
A/D変換装置の入出力特性は図6(b)のようになる
。したがって、積分直線性誤差は図7(a)に示すよう
になり、微分直線性誤差は図7(b)に示すようになり
、いずれも従来例より小さくなる。このように、第1の
実施例によれば、従来参照電圧Vr,k 辺りに集中し
ていたしきい値Vt,k の誤差を、平均化して参照電
圧Vr,k−1 Vr,k ,Vr,k+1 の3箇所
に分散させることができる。その結果、ある精度を有す
るデバイスを用いてA/D変換装置を構成した場合、積
分直線性誤差および微分直線性誤差の最大値を従来のA
/D変換装置より小さくすることができ、無調整で高精
度のA/D変換を行うことができる。
【0023】〔第2の実施例〕つぎに、請求項2記載の
発明に対応する第2の実施例について図面を参照しなが
ら説明する。図1(b)に第2の実施例のA/D変換装
置の回路図を示す。この第2の実施例において、図1(
a)に示した第1の実施例と異なる点は、基準抵抗が延
長されておらず従来例と同じあること、プリアンプの数
が2つ少ないことである。この相違は、段間結線9が第
1の実施例のものと異なることを意味する。すなわち、
段間結線の両端の処理方法は、図4(b)および図5(
b)のようである。
【0024】つまり、この実施例では、図8と同様の参
照電圧Vr,0 〜Vr,8 を作成する基準抵抗列1
8を用い、プリアンプ列3に代えて各々独立した3つの
電流出力端対を有するプリアンプPA0 〜PA8 か
らなるプリアンプ列13を用い、さらにプリアンプ列1
3の両端以外の各プリアンプPA2 〜PA7 につい
てそれぞれその両隣の2つのプリアンプPA0 〜PA
8 との合わせて3個のプリアンプの電流出力端対から
の各出力電流対を1対に合流させる結線と両端のプリア
ンプの電流出力端対PA0 ,PA8 からの出力電流
対をそれぞれ単独に導く結線からなる段間結線9をプリ
アンプ列13と負荷抵抗列4との間に設けている。
【0025】その他の構成は図8のA/D変換装置と同
様である。このようにすることにより、第1の実施例と
同様の動作原理でA/D変換を行える。ここで、図4(
b)におけるプリアンプPA8 の出力電流IA,8,
a およびIB,8,a 、ならびに図5(b)におけ
るプリアンプPA0 の出力電流IA,0,c および
IB,0,c は負荷抵抗に導かれていない。したがっ
て、プリアンプPA8 ,PA0 の出力電流対は原理
的には各2対でよい。
【0026】ただし、第2の実施例では、全てのプリア
ンプPA0 〜PA8 として全く同じ構成のものを用
いたために上述の構成をとる。そこで、負荷抵抗に流れ
ることのない電流成分を省略するためには、プリアンプ
PA8 ,PA0 の電流出力端対は各2対であるよう
なプリアンプ列を用いればよいことは明らかである。こ
の場合、全てのプリアンプの電流出力端対の出力電流値
は同一にすればよい。
【0027】また、図4(b)における電流IA,8,
a を電流IA,8,b に、電流IB,8,a を電
流IB,8,b に、図5(b)における電流IA,0
,c を電流IB,0,b に、電流IA,0,c を
電流IB,0,b に、それぞれ合流させるように段間
結線を変更することにより図4(b)および図5(b)
で用いられていない電流を有効に用いることも可能であ
る。
【0028】
【発明の効果】この発明のA/D変換装置によれば、プ
リアンプ列の両端以外の各プリアンプについてそれぞれ
その両隣の2つのプリアンプとの合わせて3個のプリア
ンプの電流出力端対からの各出力電流対を1対に合流さ
せ、合流させた電流信号を負荷抵抗列に導くことにより
、あるプリアンプの入力換算オフセット電圧を隣接する
3個のプリアンプで平均化して3つの参照電圧に分散す
るようにしたので、プリアンプ列を構成する各プリアン
プの内部の回路のミスマッチにより発生する入力換算オ
フセット電圧によるA/D変換誤差を抑制し、直線性の
劣化を抑えた状態でA/D変換を高精度に行うことがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)はこの発明の第1の実施例の3ビットの
A/D変換装置の構成を示す回路図、(b)はこの発明
の第2の実施例の3ビットのA/D変換装置の構成を示
す回路図である。
【図2】プリアンプ列の出力電流を示す特性図である。
【図3】段間結線を含むA/D変換装置の主要部分の詳
細回路図である。
【図4】(a)は第1の実施例のA/D変換装置におけ
る段間結線を含む部分(一端部)の詳細回路図であり、
(b)は第2の実施例のA/D変換装置における段間結
線を含む部分(一端部)の詳細回路図である。
【図5】(a)は第1の実施例のA/D変換装置におけ
る段間結線を含む部分(他端部)の詳細回路図であり、
(b)は第2の実施例のA/D変換装置における段間結
線を含む部分(他端部)の詳細回路図である。
【図6】(a)はA/D変換装置のしきい値を示す特性
図であり、(b)はA/D変換装置の入出力特性を示す
特性図である。
【図7】(a)はA/D変換装置の積分直線性誤差を示
す特性図であり、(b)はA/D変換装置の微分直線性
誤差を示す特性図である。
【図8】従来の3ビットのA/D変換装置の構成を示す
回路図である。
【図9】(a)はプリアンプ列の出力電流を示す特性図
、(b)はA/D変換装置のしきい値を示す特性図であ
る。
【図10】(a)はプリアンプ列のオフセット電圧を示
す特性図であり、(b)はA/D変換装置のしきい値を
示す特性図であり、(c)はA/D変換装置の入出力特
性を示す特性図である。
【図11】(a)はA/D変換装置の積分直線性誤差を
示す特性図であり、(b)はA/D変換装置の微分直線
性誤差を示す特性図である。
【符号の説明】
1    定電圧源 2    アナログ入力信号 3    プリアンプ列 4    負荷抵抗列 5    ラッチ付き比較器列 6    符号化論理回路 7    A/D変換出力 8    基準抵抗列

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  複数の参照電圧を発生する参照電圧発
    生手段と、一方の入力端に共通にアナログ入力信号が入
    力されるとともに他方の入力端に各々の参照電圧が入力
    され相補的な電流出力端対を有する複数のプリアンプか
    らなるプリアンプ列と、このプリアンプ列の両端以外の
    各プリアンプについてそれぞれその両隣の2つのプリア
    ンプとの合わせて3個のプリアンプの電流出力端対から
    の各出力電流対を1対に合流させる結線からなる段間結
    線と、この段間結線により合流させられた出力電流対を
    電圧に変換する複数対の負荷抵抗からなる負荷抵抗列と
    、この負荷抵抗列に発生した電圧を入力とする複数のラ
    ッチ付き比較器からなるラッチ付き比較器列と、このラ
    ッチ付き比較器列の出力を入力とする符号化論理回路と
    を備え、前記プリアンプ列の各プリアンプに少なくとも
    段間結線に必要な対数だけ相補的な電流出力端対を独立
    して設けたアナログ・デジタル変換装置。
  2. 【請求項2】  複数の参照電圧を発生する参照電圧発
    生手段と、一方の入力端に共通にアナログ入力信号が入
    力されるとともに他方の入力端に各々の参照電圧が入力
    され相補的な電流出力端対を有する複数のプリアンプか
    らなるプリアンプ列と、このプリアンプ列の両端以外の
    各プリアンプについてそれぞれその両隣の2つのプリア
    ンプとの合わせて3個のプリアンプの電流出力端対から
    の出力電流対を1対に合流させる結線と両端のプリアン
    プの電流出力端対からの出力電流対をそれぞれ単独に導
    く結線とからなる段間結線と、段間結線により合流させ
    られた出力電流対および単独に導かれた出力電流対を電
    圧に変換する複数対の負荷抵抗からなる負荷抵抗列と、
    この負荷抵抗列に発生した電圧を入力とする複数のラッ
    チ付き比較器からなるラッチ付き比較器列と、このラッ
    チ付き比較器列の出力を入力とする符号化論理回路とを
    備え、前記プリアンプ列の各プリアンプに少なくとも段
    間結線に必要な対数だけ相補的な電流出力端対を独立し
    て設けたアナログ・デジタル変換装置。
JP7521991A 1991-04-08 1991-04-08 アナログ・デジタル変換装置 Pending JPH04310022A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004038922A3 (en) * 2002-10-25 2004-07-29 Raytheon Co Advanced digital antenna module
JP2007508762A (ja) * 2003-10-17 2007-04-05 アトメル グルノーブル エス.ア. アナログ/デジタルコンバータ用の比較回路
KR100877695B1 (ko) * 2007-03-23 2009-01-09 인하대학교 산학협력단 주파수 특성 향상을 위한 가변 특성의 평준화 저항 회로

Cited By (3)

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