JPH04371025A - A/d変換回路 - Google Patents

A/d変換回路

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JPH04371025A
JPH04371025A JP3174640A JP17464091A JPH04371025A JP H04371025 A JPH04371025 A JP H04371025A JP 3174640 A JP3174640 A JP 3174640A JP 17464091 A JP17464091 A JP 17464091A JP H04371025 A JPH04371025 A JP H04371025A
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JP
Japan
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output
bit
reference voltage
latch
conversion
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JP3174640A
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Masaki Ichihara
正貴 市原
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NEC Corp
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NEC Corp
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12Analogue/digital converters
    • H03M1/34Analogue value compared with reference values
    • H03M1/38Analogue value compared with reference values sequentially only, e.g. successive approximation type
    • H03M1/44Sequential comparisons in series-connected stages with change in value of analogue signal

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • 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。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【技術分野】本発明はA/D変換回に関し、特にアナロ
グ信号をディジタル信号に高速に変換するA/D変換回
路に関するものである。
【0002】
【従来技術】従来、A/D変換回路の構成法として、逐
次比較方式、フラッシュA/D変換方式等がある。
【0003】このうち、逐次比較方式は、サンプリング
レートに対してその何倍もの速度で回路を駆動する必要
があり、高速のサンプリングレートが必要な分野には不
向きである。従って、1MHz 以上のサンプリング速
度が必要な場合は通常、フラッシュA/D変換方式が使
われる。
【0004】図3にフラッシュA/D変換回路の例をブ
ロック図に示す。図中の抵抗52〜59は、基準電圧V
1 と基準電圧V2 との間の電位差を分圧し、2N 
−1個の比較電圧を発生している。コンパレータ42〜
49は、アナログ入力端子61から入力されたアナログ
信号を2N −1個の比較電圧と大小を比較し、その結
果66を組合わせ論理回路50に入力する。
【0005】組合わせ論理回路50では、入力された比
較結果66からアナログ信号がどの比較電圧の間に有る
かを演算及び判定し、その結果に対応したNビットのデ
ィジタル信号64を出力する。レジスタ51はこのディ
ジタル信号64をクロック63に同期して保持し、Nビ
ットのA/D変換結果65として出力する。
【0006】以上からわかるように、フラッシュA/D
変換器は完全な並列処理を行っているため、高速サンプ
リングレートにおいても構成回路素子にそれほどの高速
性が要求されない。従って、CMOSなどの通常の回路
素子を用いて高速のA/D変換器が構成できる。
【0007】しかしながら、フラッシュA/D変換方式
には次の様な欠点がある。先ず、大量のコンパレータが
必要であるために回路規模が膨大になる。例えば、8ビ
ットA/D変換回路の場合、28 −1=255 個の
コンパレータが必要となる。従って、LSI内部に多く
のA/D変換回路を集積化する場合、チップサイズが大
となってコストアップの要因となる。
【0008】また、大量のコンパレータを用いるために
、消費電力が極めて大きくなる。そのために、電池駆動
の携帯装置への応用が困難となる。
【0009】
【発明の目的】本発明の目的は、回路規模を抑えること
により小型でかつ低消費電力の高速A/D変換回路を提
供することである。
【0010】
【発明の構成】本発明によるA/D変換回路は、アナロ
グ入力信号をクロック信号に同期してサンプルホールド
するサンプルホールド手段と、このホールド出力を第1
の基準電圧と比較する比較手段と、この比較結果と前記
クロック信号に同期してラッチするラッチ手段と、第2
の基準電圧を入力として前記ラッチ手段のラッチ内容に
応じてこの第2の基準電圧の極性を正転または反転して
出力する極性切替え手段と、前記ホールド出力と前記極
性切替え手段の出力との差を発生する減算手段と、この
差出力電圧を2倍する増幅手段とを含み、前記ラッチ内
容を1ビット変換出力とすると共に前記増幅手段の出力
を次段へのアナログ情報としたことを特徴とする。
【0011】本発明による他のA/D変換回路は、前段
らのアナログ情報をクロック信号に同期してサンプルホ
ールドするサンプルホールド手段、このホールド出力を
第1の基準電圧と比較する比較手段、この比較結果と前
記クロック信号に同期してラッチするラッチ手段、第2
の基準電圧を入力として前記ラッチ手段のラッチ内容に
応じてこの第2の基準電圧の極性を正転または反転して
出力する極性切替え手段、前記ホールド出力と前記極性
切替え手段の出力との差を発生する減算手段、この差出
力電圧を2倍する増幅手段からなり、前記ラッチ内容を
1ビット変換出力とすると共に前記増幅手段の出力を次
段へのアナログ情報とし、互いに縦続接続されたN個の
(Nは2以上の整数)1ビットA/D変換回路と、最前
段の1ビットA/D変換回路のアナログ情報入力へアナ
ログ入力信号を印加する手段と、前記1ビットA/D変
換回路の各クロック信号を1回路毎に反転して供給する
手段と、前記1ビットA/D変換回路の各ラッチ出力で
ある1ビット変換出力を全て同一タイミングにて導出し
てNビットディジタル信号とする手段と、を含むことを
特徴とする。
【0012】
【実施例】以下、図面を参照しつつ本発明の実施例につ
いて詳細に説明する。
【0013】図1は本発明の一実施例の回路図であり、
1ビットA/D変換器構成の例である。図2はこの図1
に示した1ビットA/D変換器をN個縦続接続して、N
ビットA/D変換器を構成した場合のブロック図である
【0014】アナログ入力信号7はサンプルホールド回
路1において駆動クロツク信号8に同期してサンプリン
グ及びホールドされる。このホールド結果は即座にコン
パレータ2にて第1の基準電圧(本例ではグランド電位
=0v)9とレベル比較される。
【0015】この比較結果はFF(フリップフロップ)
3により駆動クロック8に同期してラッチされる。本例
においては、アナログ入力信号7が0vよりも大きいと
きには“1”がラッチされ、小さいときには“0”がラ
ッチされる。このラッチ出力10が1ビットA/D変換
結果Dとして導出される。
【0016】極性切替え器4は第2の基準電圧Vr を
入力とし、ラッチ回路3の出力Dが“1”のときには−
Vr を、Dが“0”のときにはVrを出力するように
なっている。
【0017】電圧加算器5は極性切替え器4の出力から
サンプルホールド回路1のホールド出力を減算する様動
作し、その出力は更に2倍増幅器6にて2倍され、図示
せぬ次段へのアナログ情報9として導出される。
【0018】いま、アナログ入力信号7の電圧をVi 
とし、アナログ情報出力9の電圧をVo とすると、F
F3のラッチ出力10である1ビットディジタル信号D
は、Vi >0のときD=1,Vi <0のときD=0
となる。
【0019】極性切替え器4は基準電圧Vr を入力と
し、D=0のときVr ,D=1のとき−Vr を出力
するので、極性切替え器4の出力Va は、Va =V
r ・(2D−1) と表わされる。
【0020】従って、出力電圧Vo は、    Vo
 =2(Vi −Va )=2{Vi −Vr ・(2
D−1)}…(1)となり、よってVi は、     Vi =Vo /2+Vr ・(2D−1) 
                   …(2)なる
入出力の関係式が得られることになる。
【0021】この図1の回路は、入力Vi の正負に応
じた論理出力Dを発生する1ビットA/D変換回路とみ
なすことができる。この1ビットA/D変換回路をN個
縦続接続して、NビットのA/D変換回路を構成したの
が図2に示した回路である。
【0022】図2において、アナログ入力信号23は、
縦続接続されたN個の1ビットA/D変換回路(以下、
ユニットと略す)12〜19の最前段のアナログ入力端
子に印加される。各ユニット12〜19は、前段ユニッ
トのアナログ情報出力端子が次段ユニットのアナログ入
力端子に接続されるように配列されている。
【0023】奇数番目の各ユニットは駆動クロック24
で直接駆動され、偶数番目の各ユニットはインバータ2
1による駆動クロック24の反転クロック25にて駆動
される。これは、各ユニットの前段でホールドされたア
ナログ情報出力信号が次段で丁度サンプリングされる様
にタイミングを合せるためである。
【0024】ここで、各ユニットのアナログ入力電圧、
アナログ情報出力電圧、ディジタル出力を、夫々最後段
ユニットから順にVij,Voj,Dj (j=0〜N
−1)とすると、(2)式から、     Vij=Voj/2+Vr ・(2Dj −1
)                    …(3)
が得られる。
【0025】(3)式の各等式(j=0〜N−1のN個
の等式)の両辺に夫々2−(N−1−j)をかけて、左
辺及び右辺を夫々全て加算した等式を作り、Vi (=
ViN−1)について解けば次の(4)式が得られる。
【0026】     Vi =Vo0/2N −2Vr ・(2N 
−1)/2N         +2Vr ・2−N+
1・ΣDj ・2j                
       …(4)尚、Vij=Voj+1なる関
係を利用している。(3)式のΣはj=0からN−1の
加算を示している。
【0027】ここで、入力電圧Vi の範囲を−Vma
x =−2Vr <Vi <2Vr =Vmaxとする
と、0<Vi <2Vr のときD=1であるから、(
1)式よりVo =2(Vi −Vr )となり、0>
Vi >−2Vr のときD=0であるから、(1)式
よりVo =2(Vi +Vr )となる。
【0028】これより、明らかにVo も、−Vmax
 =−2Vr <Vo <2Vr =Vmaxとなり、
従って、各ユニットの全ての入出力電圧も±Vmax 
=±2Vr の範囲に存在することになる。この関係を
用いて(4)式を書直すと、(5)式に示す不等式が得
られる。
【0029】   −Vmax +2Vmax ・2−N・ΣDj ・
2j <Vi  <−Vmax +Vmax /2N−
1 +2Vmax ・2−N・ΣDj ・2j    
 …(5)すなわち,−Vmax から+Vmax ま
でを2N 段階に分けてNビットA/D変換したことに
なる。
【0030】各ユニットのディジタル出力34〜41の
Dj は、各ユニット毎のサンプルホールド時間が異な
るために出力タイミングが異なっている。そこで、遅延
回路20を用いて各ディジタル出力Dj を同一タイミ
ングになるよう夫々遅延させ、Nビットの並列データ3
4〜41として取出す。
【0031】この遅延回路20としては、例えばシフト
レジスタにより構成することができる。最終段のユニッ
トのディジタル出力Do をタイミングの基準とすれば
、Djはj段のシフトレジスタを介することにより、出
力Doのタイミングと合致させることができるものであ
る。
【0032】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明によれば、簡単
な構成の1ビットA/D変換器をN個縦続接続すること
により、NビットのA/D変換回路を構成しているので
、回路規模及び消費電力が極めて小となり、また、各構
成素子はサンプリング速度と同じ周波数のクロックで動
作するので、フラッシュA/D変換回路と同程度の変換
速度が達成できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による1ビットA/D変換回路の構成図
である。
【図2】本発明によるNビットA/D変換回路の構成図
である。
【図3】従来のフラッシュA/D変換回路の構成図であ
る。
【符号の説明】
1  サンプルホールド回路 2  コンパレータ 3  FF 4  極性切替え器 5  加算器 6  増幅器 12〜19  1ビットA/D変換回路20  遅延回
路 21  インバータ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  アナログ入力信号をクロック信号に同
    期してサンプルホールドするサンプルホールド手段と、
    このホールド出力を第1の基準電圧と比較する比較手段
    と、この比較結果と前記クロック信号に同期してラッチ
    するラッチ手段と、第2の基準電圧を入力として前記ラ
    ッチ手段のラッチ内容に応じてこの第2の基準電圧の極
    性を正転または反転して出力する極性切替え手段と、前
    記ホールド出力と前記極性切替え手段の出力との差を発
    生する減算手段と、この差出力電圧を2倍する増幅手段
    とを含み、前記ラッチ内容を1ビット変換出力とすると
    共に前記増幅手段の出力を次段へのアナログ情報とした
    ことを特徴とする1ビットA/D変換回路。
  2. 【請求項2】  前段からのアナログ情報をクロック信
    号に同期してサンプルホールドするサンプルホールド手
    段、このホールド出力を第1の基準電圧と比較する比較
    手段、この比較結果と前記クロック信号に同期してラッ
    チするラッチ手段、第2の基準電圧を入力として前記ラ
    ッチ手段のラッチ内容に応じてこの第2の基準電圧の極
    性を正転または反転して出力する極性切替え手段、前記
    ホールド出力と前記極性切替え手段の出力との差を発生
    する減算手段、この差出力電圧を2倍する増幅手段から
    なり、前記ラッチ内容を1ビット変換出力とすると共に
    前記増幅手段の出力を次段へのアナログ情報とし、互い
    に縦続接続されたN個の(Nは2以上の整数)1ビット
    A/D変換回路と、最前段の1ビットA/D変換回路の
    アナログ情報入力へアナログ入力信号を印加する手段と
    、前記1ビットA/D変換回路の各クロック信号を1回
    路毎に反転して供給する手段と、前記1ビットA/D変
    換回路の各ラッチ出力である1ビット変換出力を全て同
    一タイミングにて導出してNビットディジタル信号とす
    る手段と、を含むことを特徴とするNビットA/D変換
    回路。
JP3174640A 1991-06-19 1991-06-19 A/d変換回路 Pending JPH04371025A (ja)

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