JPH0583134A - デイジタル誤差補正サブレンジング・アナログ−デイジタル変換器 - Google Patents
デイジタル誤差補正サブレンジング・アナログ−デイジタル変換器Info
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- JPH0583134A JPH0583134A JP3159546A JP15954691A JPH0583134A JP H0583134 A JPH0583134 A JP H0583134A JP 3159546 A JP3159546 A JP 3159546A JP 15954691 A JP15954691 A JP 15954691A JP H0583134 A JPH0583134 A JP H0583134A
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- Nonlinear Science (AREA)
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Abstract
(57)【要約】 (修正有)
【目的】高分解能アナログ−ディジタル変換器を実現す
るための改良された手法を提供する。 【構成】多段パイプライン形サブレンジング・アナログ
−ディジタル変換器64の変換誤差を補正するための全
体的構成は縦続接続された段1,2…Mを含み、各段は
アナログ入力信号のレベルより低くそれに最も近い量子
化レベルを表わす2進変換信号および次の変換段に印加
される残留アナログ信号を発生する。各段からの2進変
換信号は変換器構成要素の非理想性を補償するように選
択された補償済み2進信号を発生する個別または共通の
ルックアップ・テーブル30のアドレス指定を行なう。
補償済み2進信号は加算されて補正済み出力信号を構成
する。変換器の簡単な較正法は最小自乗平均適応アルゴ
リズムを使用する。このA/D64変換器は構成要素不
整合、利得誤差および電圧オフセットのような実際の回
路の非理想性に対処し、高レベルの増幅器非直線性を処
理する。
るための改良された手法を提供する。 【構成】多段パイプライン形サブレンジング・アナログ
−ディジタル変換器64の変換誤差を補正するための全
体的構成は縦続接続された段1,2…Mを含み、各段は
アナログ入力信号のレベルより低くそれに最も近い量子
化レベルを表わす2進変換信号および次の変換段に印加
される残留アナログ信号を発生する。各段からの2進変
換信号は変換器構成要素の非理想性を補償するように選
択された補償済み2進信号を発生する個別または共通の
ルックアップ・テーブル30のアドレス指定を行なう。
補償済み2進信号は加算されて補正済み出力信号を構成
する。変換器の簡単な較正法は最小自乗平均適応アルゴ
リズムを使用する。このA/D64変換器は構成要素不
整合、利得誤差および電圧オフセットのような実際の回
路の非理想性に対処し、高レベルの増幅器非直線性を処
理する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は一般に多段パイプライン
形サブレンジング(subranging)アナログ−ディジタル
変換器に関するものであり、更に詳しくは多段パイプラ
イン形サブレンジング・アナログ−ディジタル変換器の
変換誤差を補正する方式に関するものである。
形サブレンジング(subranging)アナログ−ディジタル
変換器に関するものであり、更に詳しくは多段パイプラ
イン形サブレンジング・アナログ−ディジタル変換器の
変換誤差を補正する方式に関するものである。
【0002】
【従来の技術】サブレンジング・アナログ−ディジタル
変換器についてはIEEEジャーナル・ソリッドステー
トサーキッツ(IEEE J.Solid-state Circuits )、SC
−20巻、1985年12月号の1138−1143頁
所載のエー・ジー・エフ・ディングウォールおよびダブ
リュ・ザッズの論文「8MHz CMOSサブレンジング8
ビットA/D変換器」(1985)および同誌のSC−
22巻、1987年12月号の954−961頁所載の
エス・エッチ・ルイスおよびピー・アール・グレーの論
文「パイプライン形5Mサンプル/S9ビットアナログ
−ディジタル変換器」に述べられている。
変換器についてはIEEEジャーナル・ソリッドステー
トサーキッツ(IEEE J.Solid-state Circuits )、SC
−20巻、1985年12月号の1138−1143頁
所載のエー・ジー・エフ・ディングウォールおよびダブ
リュ・ザッズの論文「8MHz CMOSサブレンジング8
ビットA/D変換器」(1985)および同誌のSC−
22巻、1987年12月号の954−961頁所載の
エス・エッチ・ルイスおよびピー・アール・グレーの論
文「パイプライン形5Mサンプル/S9ビットアナログ
−ディジタル変換器」に述べられている。
【0003】上記のルイスおよびグレーによるいわゆる
「ディジタル補正」方法では、段間利得は通常の量の半
分、すなわちLビットのアナログ−ディジタル(A/
D)変換部およびディジタル−アナログ(D/A)変換
部を使用する段に対して2L-1 とされている。したがっ
て、残留信号は後続の段のレンジ(range )の半分に及
ぶだけである。この場合、最下位ビット(LSB)の±
1/2まで、任意の段のA/D変換部の誤差は受け入れ
ることができる。このような誤差は、増幅された残留信
号を予測されるレンジすなわち範囲よりも上または下に
入るようにして、前の段に対するLビットのA/D変換
コードをそれぞれ増加または減少させることによって補
正することができる。この方法は非常に簡単ではある
が、D/A変換部、または利得段の誤差を補正すること
ができず、高分解能(すなわち9ビットより高い分解
能)のためには充分でない。
「ディジタル補正」方法では、段間利得は通常の量の半
分、すなわちLビットのアナログ−ディジタル(A/
D)変換部およびディジタル−アナログ(D/A)変換
部を使用する段に対して2L-1 とされている。したがっ
て、残留信号は後続の段のレンジ(range )の半分に及
ぶだけである。この場合、最下位ビット(LSB)の±
1/2まで、任意の段のA/D変換部の誤差は受け入れ
ることができる。このような誤差は、増幅された残留信
号を予測されるレンジすなわち範囲よりも上または下に
入るようにして、前の段に対するLビットのA/D変換
コードをそれぞれ増加または減少させることによって補
正することができる。この方法は非常に簡単ではある
が、D/A変換部、または利得段の誤差を補正すること
ができず、高分解能(すなわち9ビットより高い分解
能)のためには充分でない。
【0004】ディジタル係数とともに基数2のかわりに
基数1.85を用いて補正された出力信号を得ることも
知られている。この技術はISSCC Dig.Tech.Papers 、1
981年2月号の62−63頁所載のエス・ジー・ボヤ
シギラー他による論文「誤差補正14b/20μs C
MOS A/D変換器」に説明されている。この手法は
構成要素整合誤差および利得誤差を補正することができ
る。しかし、これは利得段等の非直線性を受け入れるこ
とができないので、高分解能変換器の実際の具体化が制
限される。
基数1.85を用いて補正された出力信号を得ることも
知られている。この技術はISSCC Dig.Tech.Papers 、1
981年2月号の62−63頁所載のエス・ジー・ボヤ
シギラー他による論文「誤差補正14b/20μs C
MOS A/D変換器」に説明されている。この手法は
構成要素整合誤差および利得誤差を補正することができ
る。しかし、これは利得段等の非直線性を受け入れるこ
とができないので、高分解能変換器の実際の具体化が制
限される。
【0005】サブレンジング・アナログ−ディジタル変
換器は速度がフラッシュ(flash )変換器とほぼ同等で
あると共に、使用するハードウェアがそれよりずっと少
ないので、高速動作用に魅力的である。たとえば、Nビ
ットのフラッシュ変換器は2N −1個の比較器を使うの
に対して、L段のサブレンジング構成の同じ分解能の変
換器ではL(2N/L −1)個の比較器しか必要としな
い。都合の悪いことに、高分解能を得ようとする努力は
構成要素の不整合、非直線性、オフセット、雑音等の実
際の回路の理想的でない点によって妨げられる。特にサ
ブレンジングA/D変換器の場合には、第1段のA/D
変換部およびD/A変換部の直線性の度合いによって正
確さが制限される。しかし、上記の理想的でない構成要
素の限界を超えた正確さのレベルでの分解能が本発明の
使用によって得ることができる。
換器は速度がフラッシュ(flash )変換器とほぼ同等で
あると共に、使用するハードウェアがそれよりずっと少
ないので、高速動作用に魅力的である。たとえば、Nビ
ットのフラッシュ変換器は2N −1個の比較器を使うの
に対して、L段のサブレンジング構成の同じ分解能の変
換器ではL(2N/L −1)個の比較器しか必要としな
い。都合の悪いことに、高分解能を得ようとする努力は
構成要素の不整合、非直線性、オフセット、雑音等の実
際の回路の理想的でない点によって妨げられる。特にサ
ブレンジングA/D変換器の場合には、第1段のA/D
変換部およびD/A変換部の直線性の度合いによって正
確さが制限される。しかし、上記の理想的でない構成要
素の限界を超えた正確さのレベルでの分解能が本発明の
使用によって得ることができる。
【0006】
【発明の目的】本発明の1つの目的は構成要素の非理想
性を補償するように容易に較正することができる多段パ
イプライン形サブレンジング・アナログ−ディジタル変
換器を提供することである。
性を補償するように容易に較正することができる多段パ
イプライン形サブレンジング・アナログ−ディジタル変
換器を提供することである。
【0007】もう1つの目的は変換器の動作の誤差を避
けるためにサブレンジング・アナログ−ディジタル変換
器の較正を容易にするディジタル誤差補正方式を提供す
ることである。
けるためにサブレンジング・アナログ−ディジタル変換
器の較正を容易にするディジタル誤差補正方式を提供す
ることである。
【0008】もう1つの目的はサブレンジング構成を用
いた高分解能アナログ−ディジタル変換を容易にするこ
とである。
いた高分解能アナログ−ディジタル変換を容易にするこ
とである。
【0009】
【発明の概要】本発明は高分解能アナログ−ディジタル
変換器を実現するための改良された手法を提供するもの
である。その趣旨はできる限り多くディジタル技術を使
うことにより、分解能をより低いレベルに抑えるような
構成要素の不整合と非直線性の影響を緩和するものであ
る。ディジタル的に補正可能なA/D変換器を支持する
構成は必要なチップ面積と電力消費の点で効率的である
ように一般のサブレンジング構成との一貫性がある。こ
の構成は高速動作のためのパイプライン構成にも適して
おり、限定された数のディジタル係数を使うことにより
回路の非理想性の補正を行なっている。本発明の適用に
よって、回路の非理想性または悪化によって生じる限界
をかなり超えた正確さのレベルでアナログ−ディジタル
変換を行なえるようにしている。本発明を使用した標準
集積回路技術によって、現在の技術状態をかなり超えて
25MHz 以上の変換速度で16ビットの分解能を得るこ
とができるものと考えられる。
変換器を実現するための改良された手法を提供するもの
である。その趣旨はできる限り多くディジタル技術を使
うことにより、分解能をより低いレベルに抑えるような
構成要素の不整合と非直線性の影響を緩和するものであ
る。ディジタル的に補正可能なA/D変換器を支持する
構成は必要なチップ面積と電力消費の点で効率的である
ように一般のサブレンジング構成との一貫性がある。こ
の構成は高速動作のためのパイプライン構成にも適して
おり、限定された数のディジタル係数を使うことにより
回路の非理想性の補正を行なっている。本発明の適用に
よって、回路の非理想性または悪化によって生じる限界
をかなり超えた正確さのレベルでアナログ−ディジタル
変換を行なえるようにしている。本発明を使用した標準
集積回路技術によって、現在の技術状態をかなり超えて
25MHz 以上の変換速度で16ビットの分解能を得るこ
とができるものと考えられる。
【0010】多段パイプライン形サブレンジング・アナ
ログ−ディジタル変換器の変換誤差を補正するための一
般的な構成が提供される。変換器は縦続接続された複数
の変換段を含み、各段はサンプルホールド回路、アナロ
グ入力信号をそのアナログ入力信号のレベルより低くそ
れに最も近い量子化レベルに対応する2進変換信号に変
換するアナログ−ディジタル変換部、2進変換信号をア
ナログ入力信号のレベルより低くそれに最も近い量子化
レベルに対応する量子化アナログ信号に変換するディジ
タル−アナログ変換部、アナログ入力信号から上記量子
化アナログ信号を減算することにより残留アナログ信号
を発生する加算手段、ならびに残留アナログ信号を増幅
して次の変換段に印加する利得増幅器を含んでいる。各
段で、2進変換信号は個別のルックアップ・テーブルの
アドレス指定を行なうことにより、変換器構成要素の非
理想性を補償するように選定された補償済み2進信号を
発生する。ルックアップ・テーブルからの補償済み2進
信号は組合わせ又は加算されて補正済み出力信号を構成
する。もう1つの実施例では、上位ビット用の段におけ
る2進変換信号は共通ルックアップ・テーブルのアドレ
ス指定を行ない、残りの各段はそれぞれの個別のルック
アップ・テーブルのアドレス指定を行なう。
ログ−ディジタル変換器の変換誤差を補正するための一
般的な構成が提供される。変換器は縦続接続された複数
の変換段を含み、各段はサンプルホールド回路、アナロ
グ入力信号をそのアナログ入力信号のレベルより低くそ
れに最も近い量子化レベルに対応する2進変換信号に変
換するアナログ−ディジタル変換部、2進変換信号をア
ナログ入力信号のレベルより低くそれに最も近い量子化
レベルに対応する量子化アナログ信号に変換するディジ
タル−アナログ変換部、アナログ入力信号から上記量子
化アナログ信号を減算することにより残留アナログ信号
を発生する加算手段、ならびに残留アナログ信号を増幅
して次の変換段に印加する利得増幅器を含んでいる。各
段で、2進変換信号は個別のルックアップ・テーブルの
アドレス指定を行なうことにより、変換器構成要素の非
理想性を補償するように選定された補償済み2進信号を
発生する。ルックアップ・テーブルからの補償済み2進
信号は組合わせ又は加算されて補正済み出力信号を構成
する。もう1つの実施例では、上位ビット用の段におけ
る2進変換信号は共通ルックアップ・テーブルのアドレ
ス指定を行ない、残りの各段はそれぞれの個別のルック
アップ・テーブルのアドレス指定を行なう。
【0011】最小自乗平均適応アルゴリズムを使用する
簡単な較正法も提供される。この技術は構成要素の不整
合、利得誤差、電圧オフセットのような実際の回路の非
理想性に対処するとともに、高レベルの増幅器の非直線
性も処理する。本発明の構成は任意の段数および任意の
段当りビット数をそなえた任意のサブレンジング変換器
に適用できる。
簡単な較正法も提供される。この技術は構成要素の不整
合、利得誤差、電圧オフセットのような実際の回路の非
理想性に対処するとともに、高レベルの増幅器の非直線
性も処理する。本発明の構成は任意の段数および任意の
段当りビット数をそなえた任意のサブレンジング変換器
に適用できる。
【0012】上記および他の目的、側面および利点は図
面を参照した本発明の一実施例の以下の詳細な説明によ
り更に明らかとなる。
面を参照した本発明の一実施例の以下の詳細な説明によ
り更に明らかとなる。
【0013】
【実施例の説明】従来の技術で知られているような基本
的なサブレンジング変換器のブロック図が図1に示され
ている。変換器には縦続接続された2つ以上の類似した
変換段(1,2,--- M)が含まれている。各変換段に
はアナログ入力信号が印加されるサンプルホールド(S
/H)回路10が含まれている。各段は低分解能アナロ
グ−ディジタル(A/D)変換部12を使うことによ
り、その段のサンプルホールド回路10に印加されるア
ナログ入力信号のレベルより低くそれに最も近い量子化
レベルに対応する2進変換信号を発生する。また、これ
と対をなすディジタル−アナログ(D/A)変換部14
はその段のサンプルホールド回路10に印加されるアナ
ログ入力信号のレベルより低くそれに最も近い量子化レ
ベルに対応する量子化アナログ信号を発生する。各段の
この量子化アナログ信号は加算回路16によってその段
のアナログ入力信号から減算される。加算回路16はそ
の段でD/A変換部14の1のLSBより小さい残留ア
ナログ信号を発生する。各段の後続の利得増幅器18は
その段の残留信号を再び昇圧して次の段の入力範囲(レ
ンジ)と適合したレベルとする。したがって、各段はそ
のアナログ入力信号をディジタル的に近似し、そのアナ
ログ信号の残りを(増幅後に)次段に通過させて以後の
処理を行なわせる。通常、残留信号を次段のフルスケー
ル・レベルまで残留信号を昇圧するためLビットのA/
DおよびD/A変換部をそなえた段に対して段間利得を
2L ビットとする設計になる。
的なサブレンジング変換器のブロック図が図1に示され
ている。変換器には縦続接続された2つ以上の類似した
変換段(1,2,--- M)が含まれている。各変換段に
はアナログ入力信号が印加されるサンプルホールド(S
/H)回路10が含まれている。各段は低分解能アナロ
グ−ディジタル(A/D)変換部12を使うことによ
り、その段のサンプルホールド回路10に印加されるア
ナログ入力信号のレベルより低くそれに最も近い量子化
レベルに対応する2進変換信号を発生する。また、これ
と対をなすディジタル−アナログ(D/A)変換部14
はその段のサンプルホールド回路10に印加されるアナ
ログ入力信号のレベルより低くそれに最も近い量子化レ
ベルに対応する量子化アナログ信号を発生する。各段の
この量子化アナログ信号は加算回路16によってその段
のアナログ入力信号から減算される。加算回路16はそ
の段でD/A変換部14の1のLSBより小さい残留ア
ナログ信号を発生する。各段の後続の利得増幅器18は
その段の残留信号を再び昇圧して次の段の入力範囲(レ
ンジ)と適合したレベルとする。したがって、各段はそ
のアナログ入力信号をディジタル的に近似し、そのアナ
ログ信号の残りを(増幅後に)次段に通過させて以後の
処理を行なわせる。通常、残留信号を次段のフルスケー
ル・レベルまで残留信号を昇圧するためLビットのA/
DおよびD/A変換部をそなえた段に対して段間利得を
2L ビットとする設計になる。
【0014】パイプライン形動作では、各段によって処
理される信号は前の段から1サンプル周期だけ遅延され
る。したがって、最終段から出力信号が得られるまで
に、M個のクロック・サイクルの待ち時間が必要とな
る。早い段の出力信号ほど早く得られるので、組合わせ
て単一の出力信号を構成する前に対応する遅延を生じさ
せなければならない。これは図1に示すように各変換段
のA/D変換部12からの2進変換信号を各変換段のシ
フトレジスタの複数の段20を通して進めることによっ
て実現される。各変換段のシフトレジスタは前の変換段
のシフトレジスタに比べて1個少ない段20をそなえて
いる。但し、最終変換段はシフトレジスタを用いていな
い。各変換段からの並列出力は組合わされて、その結
果、多段アナログ−ディジタル変換器へのアナログ入力
信号を表わす2進出力信号が作成される。
理される信号は前の段から1サンプル周期だけ遅延され
る。したがって、最終段から出力信号が得られるまで
に、M個のクロック・サイクルの待ち時間が必要とな
る。早い段の出力信号ほど早く得られるので、組合わせ
て単一の出力信号を構成する前に対応する遅延を生じさ
せなければならない。これは図1に示すように各変換段
のA/D変換部12からの2進変換信号を各変換段のシ
フトレジスタの複数の段20を通して進めることによっ
て実現される。各変換段のシフトレジスタは前の変換段
のシフトレジスタに比べて1個少ない段20をそなえて
いる。但し、最終変換段はシフトレジスタを用いていな
い。各変換段からの並列出力は組合わされて、その結
果、多段アナログ−ディジタル変換器へのアナログ入力
信号を表わす2進出力信号が作成される。
【0015】図2に示す多段アナログ−ディジタル変換
器64の構成は上記の図1のサブレンジング構成を改良
したものである。この改良された構成は変換段(1,
2,--- M)の各々に対して個別のディジタル・ルック
アップ・テーブル30を付加して図1の基本的なパイプ
ライン形サブレンジング構造に含めたものである。補正
された変換を行なうため、M個のサブレンジング変換段
からのM組みの未補正ディジタル出力信号Di (1≦i
≦M)はM個のルックアップ・テーブル30のアドレス
指定をそれぞれ行なう。ルックアップ・テーブル30の
M個の出力信号Fi (Di )は加算器32で組合わされ
て補正された信号が得られる。変換器の較正方法、すな
わち必要な係数をルックアップ・テーブルに組み入れる
方法について以下に説明する。
器64の構成は上記の図1のサブレンジング構成を改良
したものである。この改良された構成は変換段(1,
2,--- M)の各々に対して個別のディジタル・ルック
アップ・テーブル30を付加して図1の基本的なパイプ
ライン形サブレンジング構造に含めたものである。補正
された変換を行なうため、M個のサブレンジング変換段
からのM組みの未補正ディジタル出力信号Di (1≦i
≦M)はM個のルックアップ・テーブル30のアドレス
指定をそれぞれ行なう。ルックアップ・テーブル30の
M個の出力信号Fi (Di )は加算器32で組合わされ
て補正された信号が得られる。変換器の較正方法、すな
わち必要な係数をルックアップ・テーブルに組み入れる
方法について以下に説明する。
【0016】各ルックアップ・テーブル30は所望の較
正方法に応じて読取専用記憶装置(ROM)または等速
呼出し記憶装置(RAM)で構成することができる。各
ルックアップ・テーブル30はその対応する段のA/D
変換部12のビット数に等しい数の2進アドレス入力を
持っている。すなわち、図2の任意の段iに対してni
個の2進アドレス入力を持ち、したがって2のni乗個
の係数を持つ。どの段でも、これらの係数の2進ワード
サイズはその段のA/D変換部12のビット総数より大
きいので、補正および較正が容易になる。
正方法に応じて読取専用記憶装置(ROM)または等速
呼出し記憶装置(RAM)で構成することができる。各
ルックアップ・テーブル30はその対応する段のA/D
変換部12のビット数に等しい数の2進アドレス入力を
持っている。すなわち、図2の任意の段iに対してni
個の2進アドレス入力を持ち、したがって2のni乗個
の係数を持つ。どの段でも、これらの係数の2進ワード
サイズはその段のA/D変換部12のビット総数より大
きいので、補正および較正が容易になる。
【0017】従来技術について説明した補正方式に若干
類似した方法で、段間増幅器18の利得は通常のサブレ
ンジング・アナログ−ディジタル変換器の場合に必要と
された利得より小さい。図1の従来技術の構成では、補
正を行なわない段間増幅器の利得は次式で表わされる。
類似した方法で、段間増幅器18の利得は通常のサブレ
ンジング・アナログ−ディジタル変換器の場合に必要と
された利得より小さい。図1の従来技術の構成では、補
正を行なわない段間増幅器の利得は次式で表わされる。
【0018】
【数1】 しかし、図2の構成では、利得増幅器18およびサンプ
ルホールド回路10の利得を小さくして、段間のA/D
変換部およびD/A変換部の誤差を受け入れられるよう
にしている。すなわち
ルホールド回路10の利得を小さくして、段間のA/D
変換部およびD/A変換部の誤差を受け入れられるよう
にしている。すなわち
【0019】
【数2】 利得の実際的な選択はディジタル補正方法で使用される
ものであり、
ものであり、
【0020】
【数3】 である。選択される実際の利得値は予測される誤差の値
に応じてこれらの量より大きくしたり小さくしたりする
ことができる。
に応じてこれらの量より大きくしたり小さくしたりする
ことができる。
【0021】利得をできる限り大きくすることにより、
与えられた段数に対して、より多くの出力ビットが得ら
れる。たとえば、段数がMで利得が式1で指定されてい
る未補正の変換器ではその出力ビット数は(非理想性を
無視して))
与えられた段数に対して、より多くの出力ビットが得ら
れる。たとえば、段数がMで利得が式1で指定されてい
る未補正の変換器ではその出力ビット数は(非理想性を
無視して))
【0022】
【数4】 となる。しかし、アナログ−ディジタル変換器が式3の
利得を使用している場合には、出力ビット数は
利得を使用している場合には、出力ビット数は
【0023】
【数5】 となる。したがって、出力ビット数は段間増幅器利得の
選択によって左右される。
選択によって左右される。
【0024】多段アナログ−ディジタル変換器の段数お
よび段当りビット数によって定まる必要な係数の数は
よび段当りビット数によって定まる必要な係数の数は
【0025】
【数6】 となる。一例として、n1 =n2 =5,n3 =4でG1
=G2 =16の3段のパイプラインはそのアナログ入力
信号から生じる未補正の14ビットを有し、80個の係
数を必要とし、12ビットの補正済み出力信号を発生す
る。各係数は較正アルゴリズムの平均化に備えるため約
16ビットのワードサイズを必要とし、総所要記憶容量
は1280ビットである。
=G2 =16の3段のパイプラインはそのアナログ入力
信号から生じる未補正の14ビットを有し、80個の係
数を必要とし、12ビットの補正済み出力信号を発生す
る。各係数は較正アルゴリズムの平均化に備えるため約
16ビットのワードサイズを必要とし、総所要記憶容量
は1280ビットである。
【0026】パイプライン形多段アナログ−ディジタル
変換器の変形例が64' として図3に示されている。図
3で図2と同様の参照番号は同じ(または対応する)素
子を表わす。図3では、各変換段の別個のルックアップ
・テーブル30のかわりに、最初のL段のDL 個の出力
信号に対応する上位ビット(MSB)に対して単一のル
ックアップ・テーブル31が使用される。残りの各段に
対しては個別のルックアップ・テーブル30' が使用さ
れる。この構成では必要な係数の数は増加して下式とな
る。
変換器の変形例が64' として図3に示されている。図
3で図2と同様の参照番号は同じ(または対応する)素
子を表わす。図3では、各変換段の別個のルックアップ
・テーブル30のかわりに、最初のL段のDL 個の出力
信号に対応する上位ビット(MSB)に対して単一のル
ックアップ・テーブル31が使用される。残りの各段に
対しては個別のルックアップ・テーブル30' が使用さ
れる。この構成では必要な係数の数は増加して下式とな
る。
【0027】
【数7】 第1のルックアップ・テーブル31に接続される段数L
をできる限り小さく保つことにより係数の数を最小限に
することが望ましい。
をできる限り小さく保つことにより係数の数を最小限に
することが望ましい。
【0028】補正可能な誤りの種類 変換段のA/DおよびD/A変換部の非直線性を含むす
べての静的な整合、利得およびオフセットの誤差が完全
に補正される。図2の変換器64の場合、利得増幅器お
よび加算器の静的非直線性が明瞭に補正されることはな
いが、これらの悪化が存在するとき基本的に(最小自乗
平均の意味で)最善の適合が得られる。非直線性も本
来、この構成のそれらの入力参照利得によって減衰され
る。たとえば、上記の例の3段12ビットの変換器は段
間の非直線性に耐える性質が非常に強い。第1段はその
出力に於いて非直線加算または利得の誤りを25 =32
分の1に減衰する。この構成のシミュレーションによれ
ば、利得段の2%の非直線性にも拘わらず12ビットの
正確さが得られた。図3のA/D変換器64' はディジ
タル係数の総数としてより大きな数を使用することによ
り、静的非直線性による誤差をより正確に補正すること
ができる。A/D変換器64' の第1のテーブルの入力
として組み入れられた段数Lによって、その中で補正し
得る非直線性の度合いが支配される。一般に、受け入れ
可能な非直線補正を行なう最小段数を使うことにより、
必要なテーブル係数の総数を削減しなければならない。
後続の段L+1から段Mの非直線性は補正されない。し
かし、それらの影響は前記のようなそれらの入力参照さ
れた利得によって減衰される。
べての静的な整合、利得およびオフセットの誤差が完全
に補正される。図2の変換器64の場合、利得増幅器お
よび加算器の静的非直線性が明瞭に補正されることはな
いが、これらの悪化が存在するとき基本的に(最小自乗
平均の意味で)最善の適合が得られる。非直線性も本
来、この構成のそれらの入力参照利得によって減衰され
る。たとえば、上記の例の3段12ビットの変換器は段
間の非直線性に耐える性質が非常に強い。第1段はその
出力に於いて非直線加算または利得の誤りを25 =32
分の1に減衰する。この構成のシミュレーションによれ
ば、利得段の2%の非直線性にも拘わらず12ビットの
正確さが得られた。図3のA/D変換器64' はディジ
タル係数の総数としてより大きな数を使用することによ
り、静的非直線性による誤差をより正確に補正すること
ができる。A/D変換器64' の第1のテーブルの入力
として組み入れられた段数Lによって、その中で補正し
得る非直線性の度合いが支配される。一般に、受け入れ
可能な非直線補正を行なう最小段数を使うことにより、
必要なテーブル係数の総数を削減しなければならない。
後続の段L+1から段Mの非直線性は補正されない。し
かし、それらの影響は前記のようなそれらの入力参照さ
れた利得によって減衰される。
【0029】更に、整定時間動作に関係した動的誤差は
補正可能である。しかし、たとえば電源または温度の変
動によりこれらの誤差の大きさが著しく変化する場合、
変換器を周期的に再較正しなければならないことがあ
る。
補正可能である。しかし、たとえば電源または温度の変
動によりこれらの誤差の大きさが著しく変化する場合、
変換器を周期的に再較正しなければならないことがあ
る。
【0030】較正 較正は用途に応じて種々のやり方で行なうことができ
る。たとえば、最小自乗平均(LMS)適応アルゴリズ
ムを使用する一般的な手法はビー・ウィドローおよびエ
ス・ディー・スターンズ著「アダプティブ・シグナル・
プロセシング(Adaptive Signal Processing)、プレン
ティスホール発行、1985年」の99−114頁に述
べられている。図4Aおよび4Bに示される2つの例は
(特定の用途に対して)理想的な、いわゆる「ゴールド
・スタンダード(gold standard )」変換器を使って
「正確な」出力と呼ばれるものを発生し、ルックアップ
・テーブル係数のLMS適応を使用する。実際上、「ゴ
ールド・スタンダード」すなわち基準の変換器は較正後
のアナログ−ディジタル変換器に対する目標仕様に比べ
て正確さで1桁(以下)だけ良ければよい。たとえば、
較正後に12ビットの分解能を得るためには、14ビッ
トの「ゴールド・スタンダード」変換器が適している。
図4Aと4Bに示される技術は、図4Aでは「ゴールド
・スタンダード」基準としてディジタル−アナログ変換
器40が使用されるのに対して、図4Bではアナログ−
ディジタル変換器50が使用されるという点だけが相違
している。高精度D/A変換器を作る方がA/D変換器
より通常容易であるので、D/A変換器を使用する方が
最も実際的な実行手法であると考えられる。
る。たとえば、最小自乗平均(LMS)適応アルゴリズ
ムを使用する一般的な手法はビー・ウィドローおよびエ
ス・ディー・スターンズ著「アダプティブ・シグナル・
プロセシング(Adaptive Signal Processing)、プレン
ティスホール発行、1985年」の99−114頁に述
べられている。図4Aおよび4Bに示される2つの例は
(特定の用途に対して)理想的な、いわゆる「ゴールド
・スタンダード(gold standard )」変換器を使って
「正確な」出力と呼ばれるものを発生し、ルックアップ
・テーブル係数のLMS適応を使用する。実際上、「ゴ
ールド・スタンダード」すなわち基準の変換器は較正後
のアナログ−ディジタル変換器に対する目標仕様に比べ
て正確さで1桁(以下)だけ良ければよい。たとえば、
較正後に12ビットの分解能を得るためには、14ビッ
トの「ゴールド・スタンダード」変換器が適している。
図4Aと4Bに示される技術は、図4Aでは「ゴールド
・スタンダード」基準としてディジタル−アナログ変換
器40が使用されるのに対して、図4Bではアナログ−
ディジタル変換器50が使用されるという点だけが相違
している。高精度D/A変換器を作る方がA/D変換器
より通常容易であるので、D/A変換器を使用する方が
最も実際的な実行手法であると考えられる。
【0031】両方の手法は次のように動作する。理想的
なランダム入力信号のディジタル表現と補正済み出力信
号との差に基づいて、誤差が計算される。次に誤差を使
用して各テーブルの適当な係数を更新する。2進入力D
i nのn番目の値によってアドレス指定されるi番目の
段の係数のn番目の値をFi n (Di n )と表わし、各
ルックアップ・テーブルを2進メモリのブロックと見な
すと、Fi (Di)は入力Di によってアドレス指定さ
れるメモリ・ブロックiの出力信号であり、肩文字nは
Fi ()およびDi の繰返し数を表わす。テーブル・ル
ックアップLMSアルゴリズムは、図2のA/D変換器
64の場合は
なランダム入力信号のディジタル表現と補正済み出力信
号との差に基づいて、誤差が計算される。次に誤差を使
用して各テーブルの適当な係数を更新する。2進入力D
i nのn番目の値によってアドレス指定されるi番目の
段の係数のn番目の値をFi n (Di n )と表わし、各
ルックアップ・テーブルを2進メモリのブロックと見な
すと、Fi (Di)は入力Di によってアドレス指定さ
れるメモリ・ブロックiの出力信号であり、肩文字nは
Fi ()およびDi の繰返し数を表わす。テーブル・ル
ックアップLMSアルゴリズムは、図2のA/D変換器
64の場合は
【0032】
【数8】 と表わされ、図3のA/D変換器64' の場合は
【0033】
【数9】 と表わされる。但し、εn はn番目の繰返しの後の誤差
であり、γは収束係数、通常は定数であり、通常はγ<
<1である。テーブルF1 (D1 ,D2 --- DL )は出
力がアドレス・ビットD1 乃至DL の連鎖によって選択
されるメモリブロックを表わす。γ<1を考慮に入れる
ためテーブル係数のワードサイズは所望のビット数より
大きくなければならない。このアルゴリズムでは、n番
目の出力を形成する際に使用された各テーブルからの係
数だけが各繰返しで更新される。したがって、使用され
るテーブルのサイズに対して適応速度が低下する。すな
わち、テーブル当り1つの係数だけが各変換で調節され
るので、テーブル当りの係数が多くなる程、収束に要す
る時間が長くなる。適当であれば、他の適応アルゴリズ
ムを使用してもよい。
であり、γは収束係数、通常は定数であり、通常はγ<
<1である。テーブルF1 (D1 ,D2 --- DL )は出
力がアドレス・ビットD1 乃至DL の連鎖によって選択
されるメモリブロックを表わす。γ<1を考慮に入れる
ためテーブル係数のワードサイズは所望のビット数より
大きくなければならない。このアルゴリズムでは、n番
目の出力を形成する際に使用された各テーブルからの係
数だけが各繰返しで更新される。したがって、使用され
るテーブルのサイズに対して適応速度が低下する。すな
わち、テーブル当り1つの係数だけが各変換で調節され
るので、テーブル当りの係数が多くなる程、収束に要す
る時間が長くなる。適当であれば、他の適応アルゴリズ
ムを使用してもよい。
【0034】図4Aのシステムで使用される較正技術で
は、ランダム・シーケンス発生器48が理想的な(「ゴ
ールド・スタンダード」)ディジタル−アナログ変換器
40にランダム2進信号を印加する。この2進信号はア
ナログ信号に変換され、このアナログ信号はスイッチS
1を介して多段アナログ−ディジタル変換器64の入力
に印加される。ディジタル減算器52はランダム・シー
ケンス発生器48からの2進信号と(図2および図3に
示される)加算器32からの2進出力信号との差を計算
し、これら2進信号の間の差を表わす誤差信号εを発生
する。誤差信号εはプロセッサ(図示しない)に印加さ
れる。プロセッサは適応アルゴリズムを逐行し、多段ア
ナログ−ディジタル変換器64の各ルックアップ・テー
ブルに補正済みの係数を戻す。ここで注意すべきことは
(図2の)アナログ−ディジタル変換器64のかわりに
(図3の)アナログ−ディジタル変換器64' を用いて
も図4Aのシステムの動作についての上記の説明は変ら
ないということである。
は、ランダム・シーケンス発生器48が理想的な(「ゴ
ールド・スタンダード」)ディジタル−アナログ変換器
40にランダム2進信号を印加する。この2進信号はア
ナログ信号に変換され、このアナログ信号はスイッチS
1を介して多段アナログ−ディジタル変換器64の入力
に印加される。ディジタル減算器52はランダム・シー
ケンス発生器48からの2進信号と(図2および図3に
示される)加算器32からの2進出力信号との差を計算
し、これら2進信号の間の差を表わす誤差信号εを発生
する。誤差信号εはプロセッサ(図示しない)に印加さ
れる。プロセッサは適応アルゴリズムを逐行し、多段ア
ナログ−ディジタル変換器64の各ルックアップ・テー
ブルに補正済みの係数を戻す。ここで注意すべきことは
(図2の)アナログ−ディジタル変換器64のかわりに
(図3の)アナログ−ディジタル変換器64' を用いて
も図4Aのシステムの動作についての上記の説明は変ら
ないということである。
【0035】図4Bのシステムで使用される較正技術で
は、ランダム信号発生器60がスイッチS1を介してラ
ンダム・アナログ信号を理想的(「ゴールド・スタンダ
ード」)アナログ−ディジタル変換器50および多段ア
ナログ−ディジタル変換器64の入力に印加する。ディ
ジタル減算器52がアナログ−ディジタル変換器50の
発生する2進信号と(図2および図3に示される)加算
器32からの2進出力信号との差を計算し、これら2進
信号の間の差を表わす誤差信号εを生ずる。誤差信号ε
はプロセッサ(図示しない)に印加される。プロセッサ
は適応アルゴリズムを逐行し、補正済みの係数を多段ア
ナログ−ディジタル変換器64の各ルックアップ・テー
ブルに戻す。ここで注意すべきことは、(図2の)アナ
ログ−ディジタル変換器64のかわりに(図3の)アナ
ログ−ディジタル変換器64' を用いても図4Bのシス
テムの動作についての上記の説明は変らないということ
である。
は、ランダム信号発生器60がスイッチS1を介してラ
ンダム・アナログ信号を理想的(「ゴールド・スタンダ
ード」)アナログ−ディジタル変換器50および多段ア
ナログ−ディジタル変換器64の入力に印加する。ディ
ジタル減算器52がアナログ−ディジタル変換器50の
発生する2進信号と(図2および図3に示される)加算
器32からの2進出力信号との差を計算し、これら2進
信号の間の差を表わす誤差信号εを生ずる。誤差信号ε
はプロセッサ(図示しない)に印加される。プロセッサ
は適応アルゴリズムを逐行し、補正済みの係数を多段ア
ナログ−ディジタル変換器64の各ルックアップ・テー
ブルに戻す。ここで注意すべきことは、(図2の)アナ
ログ−ディジタル変換器64のかわりに(図3の)アナ
ログ−ディジタル変換器64' を用いても図4Bのシス
テムの動作についての上記の説明は変らないということ
である。
【0036】較正のためのハードウェア 適当な一組の係数をそれらのルックアップ・テーブルの
メモリに記憶した状態で、本発明のA/D変換器は適正
に動作し、また高度の正確さを得るために誤差を補正す
る。A/D変換器は製造中に較正することができ、また
係数をA/D変換器の補正メモリに記憶して後で使うこ
とができる。この場合、A/D変換器自体は較正ハード
ウェアを必要としないので、複雑になったりそれに伴な
うコストが避けられる。また、A/D変換器自体は図2
または図3に示される回路だけで構成される。
メモリに記憶した状態で、本発明のA/D変換器は適正
に動作し、また高度の正確さを得るために誤差を補正す
る。A/D変換器は製造中に較正することができ、また
係数をA/D変換器の補正メモリに記憶して後で使うこ
とができる。この場合、A/D変換器自体は較正ハード
ウェアを必要としないので、複雑になったりそれに伴な
うコストが避けられる。また、A/D変換器自体は図2
または図3に示される回路だけで構成される。
【0037】製造中、または再較正を要する用途に於い
て、A/D変換器のこれらの実施例のいずれかを較正す
るための装置が図5に示されている。この装置は、外部
の「ゴールド・スタンダード」基準A/DまたはD/A
変換器、外部ルックアップ・テーブル(またはメモリ・
ブロック)およびプロセッサ、ならびに較正すべきA/
D変換器64(かわりに図3に示すA/D変換器64'
を使ってもよい)を含んでいる。収束が達成されたと
き、外部係数はA/D変換器チップ上のプログラマブル
ROM(PROM)または電子的消去可能PROM(E
EPROM)にプログラム入力することができる。PR
OM30の使用が図5の較正装置(すなわち較正設備)
に示されている。この装置では、チップ外のハードウェ
アの中のメモリは更新アルゴリズム、すなわち前に述べ
たテーブル・ルックアップLMSアルゴリズムを使って
較正された1組みの係数値に収束する。この技術を使用
することの利点は較正のためのオンチップ回路が最小限
に維持されることである。電源レベルまたは温度の変動
による回路動作状態の大きな変化によって補正されたA
/D変換器が仕様からはずれてしまうことがあり得る環
境では、周期的再較正を可能とするためにA/D変換器
とともに図4A,4Bまたは5の較正回路を含めなけれ
ばならない。
て、A/D変換器のこれらの実施例のいずれかを較正す
るための装置が図5に示されている。この装置は、外部
の「ゴールド・スタンダード」基準A/DまたはD/A
変換器、外部ルックアップ・テーブル(またはメモリ・
ブロック)およびプロセッサ、ならびに較正すべきA/
D変換器64(かわりに図3に示すA/D変換器64'
を使ってもよい)を含んでいる。収束が達成されたと
き、外部係数はA/D変換器チップ上のプログラマブル
ROM(PROM)または電子的消去可能PROM(E
EPROM)にプログラム入力することができる。PR
OM30の使用が図5の較正装置(すなわち較正設備)
に示されている。この装置では、チップ外のハードウェ
アの中のメモリは更新アルゴリズム、すなわち前に述べ
たテーブル・ルックアップLMSアルゴリズムを使って
較正された1組みの係数値に収束する。この技術を使用
することの利点は較正のためのオンチップ回路が最小限
に維持されることである。電源レベルまたは温度の変動
による回路動作状態の大きな変化によって補正されたA
/D変換器が仕様からはずれてしまうことがあり得る環
境では、周期的再較正を可能とするためにA/D変換器
とともに図4A,4Bまたは5の較正回路を含めなけれ
ばならない。
【0038】図5に示すように、多段アナログ−ディジ
タル変換器64(かわりにアナログ−ディジタル変換器
64' を同様に使ってもよい)は較正設備の中に配置さ
れる。較正設備には「ゴールド・スタンダード」ディジ
タル−アナログ変換器72にランダム2進信号を供給す
るためのランダム・シーケンス発生器70が含まれてい
る。ディジタル−アナログ(D/A)変換器72の中で
は、2進信号がアナログ信号に変換される。D/A変換
器72の出力アナログ信号はスイッチS1を介して多段
アナログ−ディジタル変換器64のアナログ入力に印加
される。多段アナログ−ディジタル変換器の各段からの
未補正の出力信号は多段アナログ−ディジタル変換器6
4の変換段の中のルックアップ・テーブル30に対応す
る1組みの外部ルックアップ・テーブル74に印加され
る。外部ルックアップ・テーブル74は2進信号または
係数を生じ、加算器76がこれらを組合わせることによ
り2進出力信号を発生する。ディジタル減算器78がラ
ンダム・シーケンス発生器70からの2進信号と加算器
76からの2進出力信号との差を計算し、この2つの2
進信号の間の差を表わす誤差信号εを発生する。誤差信
号εはプロセッサ80または有限状態機械(図示しな
い)に印加される。プロセッサ80または有限状態機械
は更新アルゴリズムを逐行することにより、誤差信号ε
が小さくなって零に近いレベルになるまでルックアップ
・テーブル74の係数を補正する。誤差信号εが零に近
いレベルになったとき、外部ルックアップ・テーブル7
4に記憶されている係数が多段アナログ−ディジタル変
換器64の内部ルックアップ・テーブル30に格納され
る。代案として、図5の較正設備は多段アナログ−ディ
ジタル変換器64の較正のため図4Bに示されるように
配置されたランダム・アナログ信号発生器および「ゴー
ルド・スタンダード」アナログ−ディジタル変換器を用
いることができる。もちろんいずれの場合も、図3に示
すアナログ−ディジタル変換器64' をアナログ−ディ
ジタル変換器64と同様に図5の較正装置に使うことが
できる。
タル変換器64(かわりにアナログ−ディジタル変換器
64' を同様に使ってもよい)は較正設備の中に配置さ
れる。較正設備には「ゴールド・スタンダード」ディジ
タル−アナログ変換器72にランダム2進信号を供給す
るためのランダム・シーケンス発生器70が含まれてい
る。ディジタル−アナログ(D/A)変換器72の中で
は、2進信号がアナログ信号に変換される。D/A変換
器72の出力アナログ信号はスイッチS1を介して多段
アナログ−ディジタル変換器64のアナログ入力に印加
される。多段アナログ−ディジタル変換器の各段からの
未補正の出力信号は多段アナログ−ディジタル変換器6
4の変換段の中のルックアップ・テーブル30に対応す
る1組みの外部ルックアップ・テーブル74に印加され
る。外部ルックアップ・テーブル74は2進信号または
係数を生じ、加算器76がこれらを組合わせることによ
り2進出力信号を発生する。ディジタル減算器78がラ
ンダム・シーケンス発生器70からの2進信号と加算器
76からの2進出力信号との差を計算し、この2つの2
進信号の間の差を表わす誤差信号εを発生する。誤差信
号εはプロセッサ80または有限状態機械(図示しな
い)に印加される。プロセッサ80または有限状態機械
は更新アルゴリズムを逐行することにより、誤差信号ε
が小さくなって零に近いレベルになるまでルックアップ
・テーブル74の係数を補正する。誤差信号εが零に近
いレベルになったとき、外部ルックアップ・テーブル7
4に記憶されている係数が多段アナログ−ディジタル変
換器64の内部ルックアップ・テーブル30に格納され
る。代案として、図5の較正設備は多段アナログ−ディ
ジタル変換器64の較正のため図4Bに示されるように
配置されたランダム・アナログ信号発生器および「ゴー
ルド・スタンダード」アナログ−ディジタル変換器を用
いることができる。もちろんいずれの場合も、図3に示
すアナログ−ディジタル変換器64' をアナログ−ディ
ジタル変換器64と同様に図5の較正装置に使うことが
できる。
【0039】代案として較正回路をオンチップで組み入
れることもできる。低い変換速度で動作するオーバサン
プリングされたD/AまたはA/D変換器もしくは他の
高精度のD/AまたはA/D変換器を「ゴールド・スタ
ンダード」基準として使うことができる。補正係数を外
部に記憶し、較正後に内部RAMにロードする構成を含
めて、構成の他の変形が本発明の範囲内で可能である。
本発明の範囲内のもう1つの構成は別個のディジタル装
置またはチップを用いることにより、プロセッサまたは
有限状態機械とともにPROMまたRAMを用いて補正
を実行する。本発明はここに説明している集積回路指向
の手法の他に、個別(すなわち基板レベル)の構成をも
包含する。
れることもできる。低い変換速度で動作するオーバサン
プリングされたD/AまたはA/D変換器もしくは他の
高精度のD/AまたはA/D変換器を「ゴールド・スタ
ンダード」基準として使うことができる。補正係数を外
部に記憶し、較正後に内部RAMにロードする構成を含
めて、構成の他の変形が本発明の範囲内で可能である。
本発明の範囲内のもう1つの構成は別個のディジタル装
置またはチップを用いることにより、プロセッサまたは
有限状態機械とともにPROMまたRAMを用いて補正
を実行する。本発明はここに説明している集積回路指向
の手法の他に、個別(すなわち基板レベル)の構成をも
包含する。
【0040】較正プロセスの論理が図2のA/D変換器
64について図6の流れ図に示されている。説明するプ
ロセスは図4Aに示される較正システムについてのもの
である。プロセスはステップ90で多段A/D変換器6
4のnレジスタをリセットすることによって始まる。n
レジスタは逐行された較正サイクル数を記録するレジス
タである。次にステップ92でまずランダム・シーケン
ス発生器48から「ゴールド・スタンダード」D/A変
換器40にランダム数を入力することによって電圧VIN
が発生され、ステップ94でこのランダム数がD/A変
換器40によりA/D変換器64に与えられる。ステッ
プ96でアナログ−ディジタル変換が開始される。この
変換が完了すると、ステップ106でlレジスタが1に
セットされる。次に、変換された出力信号の誤差εが
(図4Aに示される)減算器52または(図5に示され
る)減算器78によって上述のように決定される。ステ
ップ110で1番目のテーブルに対する補正済み係数が
D1 の入力アドレスに対する1番目のテーブルの出力信
号と誤差の変化γεとの和として作成され、次にステッ
プ112でlレジスタが1だけ増加する。このプロセス
はステップ114で定められているようにlがパイプラ
イン形A/D変換器の段数(n段)より大きくなるまで
継続される。この点に於いて、ステップ116でnレジ
スタが1だけ増加される。
64について図6の流れ図に示されている。説明するプ
ロセスは図4Aに示される較正システムについてのもの
である。プロセスはステップ90で多段A/D変換器6
4のnレジスタをリセットすることによって始まる。n
レジスタは逐行された較正サイクル数を記録するレジス
タである。次にステップ92でまずランダム・シーケン
ス発生器48から「ゴールド・スタンダード」D/A変
換器40にランダム数を入力することによって電圧VIN
が発生され、ステップ94でこのランダム数がD/A変
換器40によりA/D変換器64に与えられる。ステッ
プ96でアナログ−ディジタル変換が開始される。この
変換が完了すると、ステップ106でlレジスタが1に
セットされる。次に、変換された出力信号の誤差εが
(図4Aに示される)減算器52または(図5に示され
る)減算器78によって上述のように決定される。ステ
ップ110で1番目のテーブルに対する補正済み係数が
D1 の入力アドレスに対する1番目のテーブルの出力信
号と誤差の変化γεとの和として作成され、次にステッ
プ112でlレジスタが1だけ増加する。このプロセス
はステップ114で定められているようにlがパイプラ
イン形A/D変換器の段数(n段)より大きくなるまで
継続される。この点に於いて、ステップ116でnレジ
スタが1だけ増加される。
【0041】次にステップ118でnレジスタの内容が
較正サイクル数より大きいか否か判定するための試験が
行なわれる。nレジスタの内容が較正サイクル数より大
きくなければ、プロセスはステップ92へ戻り、プロセ
スが繰り返される。nレジスタの内容が較正サイクル数
を超えたとき、較正プロセスが完了する。
較正サイクル数より大きいか否か判定するための試験が
行なわれる。nレジスタの内容が較正サイクル数より大
きくなければ、プロセスはステップ92へ戻り、プロセ
スが繰り返される。nレジスタの内容が較正サイクル数
を超えたとき、較正プロセスが完了する。
【0042】次に起きることはA/D変換器を較正して
いる情況によって左右される。図5に示すように外部ハ
ードウェアを使って製造中に較正を逐行している場合に
は、次に較正係数がA/D変換器64(または64' )
の内部ルックアップ・テーブルにプログラムにより入力
される。較正ハードウェアがA/D変換器自体と一緒に
装置に組み入れられている場合には、次のステップは外
部テーブルが使用されていれば係数をA/D変換器の内
部ルックアップ・テーブルに移すことである。これが行
なわれれば、いずれの状況でもA/D変換器は正規の信
号変換動作を行なえる状態にある。
いる情況によって左右される。図5に示すように外部ハ
ードウェアを使って製造中に較正を逐行している場合に
は、次に較正係数がA/D変換器64(または64' )
の内部ルックアップ・テーブルにプログラムにより入力
される。較正ハードウェアがA/D変換器自体と一緒に
装置に組み入れられている場合には、次のステップは外
部テーブルが使用されていれば係数をA/D変換器の内
部ルックアップ・テーブルに移すことである。これが行
なわれれば、いずれの状況でもA/D変換器は正規の信
号変換動作を行なえる状態にある。
【0043】試験データまたは実施 ここに説明した構成および較正方法を確認するためにサ
ブレンジングA/D変換器の高度シミュレーションのた
めのコンピュータ・プログラムが書かれた。段間利得増
幅器の非直線性とともに構成要素の不整合、電圧オフセ
ット、および利得誤差のような非理想性を組み入れるこ
とができる。テストケースとして、n1 =n2 =5,n
3 =4およびG1 =G2 =16の3段パイプライン形の
前記例のシミュレーションを行なった。アナログ入力信
号から未補正の14ビットが得られ、これから段間利得
の選択に基いて12ビットの補正された出力信号を生じ
るものと予想した。2%の構成要素不整合、10mVのオ
フセット、および2%の非直線性でのシミュレーション
が補正されて1LSBの最悪積分非直線性を生じた。高
速フーリエ変換(FFT)正弦波試験を使用する総信号
対雑音比と信号対調波歪比との和は70.9dBであっ
た。このシミュレーションは理想的な12ビットの性能
に近づき、実際、2%の非直線性がなければ理想的な性
能が得られた。
ブレンジングA/D変換器の高度シミュレーションのた
めのコンピュータ・プログラムが書かれた。段間利得増
幅器の非直線性とともに構成要素の不整合、電圧オフセ
ット、および利得誤差のような非理想性を組み入れるこ
とができる。テストケースとして、n1 =n2 =5,n
3 =4およびG1 =G2 =16の3段パイプライン形の
前記例のシミュレーションを行なった。アナログ入力信
号から未補正の14ビットが得られ、これから段間利得
の選択に基いて12ビットの補正された出力信号を生じ
るものと予想した。2%の構成要素不整合、10mVのオ
フセット、および2%の非直線性でのシミュレーション
が補正されて1LSBの最悪積分非直線性を生じた。高
速フーリエ変換(FFT)正弦波試験を使用する総信号
対雑音比と信号対調波歪比との和は70.9dBであっ
た。このシミュレーションは理想的な12ビットの性能
に近づき、実際、2%の非直線性がなければ理想的な性
能が得られた。
【0044】本発明のある好ましい特徴だけを図示し、
説明してきたが、当業者は多数の変形および変更を考え
付き得る。したがって、本発明の趣旨に入るこのような
すべての変形および変更を包含するように請求の範囲は
記載してある。
説明してきたが、当業者は多数の変形および変更を考え
付き得る。したがって、本発明の趣旨に入るこのような
すべての変形および変更を包含するように請求の範囲は
記載してある。
【図1】従来技術で知られている基本的なパイプライン
形サブレンジング・アナログ−ディジタル変換器を示す
ブロック図である。
形サブレンジング・アナログ−ディジタル変換器を示す
ブロック図である。
【図2】本発明による補正可能なパイプライン形サブレ
ンジング・アナログ−ディジタル変換器を示すブロック
図である。
ンジング・アナログ−ディジタル変換器を示すブロック
図である。
【図3】本発明のもう1つの側面による図2の補正可能
なパイプライン形サブレンジング・アナログ−ディジタ
ル変換器の一変形を示すブロック図である。
なパイプライン形サブレンジング・アナログ−ディジタ
ル変換器の一変形を示すブロック図である。
【図4】本発明によるアナログ−ディジタル変換器に対
する較正技術を示すブロック図である。
する較正技術を示すブロック図である。
【図5】チップ上の所要ハードウェアが最小限である本
発明によるアナログ−ディジタル変換器用較正装置を示
すブロック図である。
発明によるアナログ−ディジタル変換器用較正装置を示
すブロック図である。
【図6】本発明によるアナログ−ディジタル変換器の較
正モードの理論を示す流れ図である。
正モードの理論を示す流れ図である。
10 サンプルホールド回路 12 アナログ−ディジタル変換部 14 ディジタル−アナログ変換部 16 加算回路 18 利得増幅器 30,30' ,31 ルックアップ・テーブル 32,76 加算器 60 ランダム信号発生器 64 多段アナログ−ディジタル変換器 70 ランダム・シーケンス発生器 74 外部ルックアップ・テーブル 78 ディジタル減算器 80 プロセッサ S1 スイッチ
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成4年9月29日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図1】従来技術で知られている基本的なパイプライン
形サブレンジング・アナログ−ディジタル変換器を示す
ブロック図である。
形サブレンジング・アナログ−ディジタル変換器を示す
ブロック図である。
【図2】本発明による補正可能なパイプライン形サブレ
ンジング・アナログ−ディジタル変換器を示すブロック
図である。
ンジング・アナログ−ディジタル変換器を示すブロック
図である。
【図3】本発明のもう1つの側面による図2の補正可能
なパイプライン形サブレンジング・アナログ−ディジタ
ル変換器の一変形を示すブロック図である。
なパイプライン形サブレンジング・アナログ−ディジタ
ル変換器の一変形を示すブロック図である。
【図4】本発明によるアナログ−ディジタル変換器に対
する較正技術を示すブロック図である。
する較正技術を示すブロック図である。
【図5】本発明によるアナログ−ディジタル変換器に対
する較正技術を示すブロック図である。
する較正技術を示すブロック図である。
【図6】チップ上の所要ハードウェアが最小限である本
発明によるアナログ−ディジタル変換器用較正装置を示
すブロック図である。
発明によるアナログ−ディジタル変換器用較正装置を示
すブロック図である。
【図7】本発明によるアナログ−ディジタル変換器の較
正モードの理論を示す流れ図である。
正モードの理論を示す流れ図である。
【符号の説明】 10 サンプルホールド回路 12 アナログ−ディジタル変換部 14 ディジタル−アナログ変換部 16 加算回路 18 利得増幅器 30,30´ ,31 ルックアップ・テーブル 32,76 加算器 60 ランダム信号発生器 64 多段アナログ−ディジタル変換器 70 ランダム・シーケンス発生器 74 外部ルックアップ・テーブル 78 ディジタル減算器 80 プロセッサ S1 スイッチ
【手続補正2】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図4】
【図1】
【図5】
【図2】
【図3】
【図6】
【図7】
Claims (24)
- 【請求項1】 多段パイプライン形サブレンジング・ア
ナログ−ディジタル変換器において、 複数の縦続結合された変換段であって、各段が、アナロ
グ入力信号に応答してアナログ入力信号のレベルより低
くそれに最も近い量子化レベルに対応する2進変換信号
を発生する第1の手段、上記2進変換信号に応答してア
ナログ入力信号のレベルより低くそれに最も近い量子化
レベルに対応する量子化アナログ信号を発生する第2の
手段、上記のアナログ入力信号から量子化アナログ信号
を減算することにより次の変換段に印加するための残留
アナログ信号を発生する第3の手段、および上記2進変
換信号によって選択された補償済み2進信号を発生する
ルックアップ・テーブルを含んでいる複数の縦続結合さ
れた変換段、ならびに上記ルックアップ・テーブルから
の上記補償済み2進信号を組合わせて2進出力信号を発
生する手段を含むことを特徴とする多段パイプライン形
サブレンジング・アナログ−ディジタル変換器。 - 【請求項2】 上記ルックアップ・テーブルの各々が上
記変換段の構成要素の非理想性を補償するように調節さ
れた補償済み2進信号を記憶するメモリ手段を含んでい
る請求項1記載の多段パイプライン形サブレンジング・
アナログ−ディジタル変換器。 - 【請求項3】 相次ぐ各組の変換段の間にそれぞれ配置
された個別の段間増幅器を含み、上記増幅器の利得がそ
れぞれ2のni 乗より小さく、ni が上記各増幅器に先
行する段の2進変換信号のビット数である請求項1記載
の多段パイプライン形サブレンジング・アナログ−ディ
ジタル変換器。 - 【請求項4】 各変換段において、上記ルックアップ・
テーブルが上記各変換段の上記第1の手段のビット数n
i に等しい数の2進アドレス入力を有し、かつ2のni
乗個の係数を格納している請求項3記載の多段パイプラ
イン形サブレンジング・アナログ−ディジタル変換器。 - 【請求項5】 各変換段において、上記アナログ−ディ
ジタル変換器の補正と較正を容易にするために上記ルッ
クアップ・テーブルの各係数の2進ワードサイズを上記
第1の手段の総ビット数ni より大きくしてある請求項
4記載の多段パイプライン形サブレンジング・アナログ
−ディジタル変換器。 - 【請求項6】 多段パイプライン形サブレンジング・ア
ナログ−ディジタル変換器において、 複数の縦続結合された変換段であって、各段が、アナロ
グ入力信号に応答してアナログ入力信号のレベルより低
くそれに最も近い量子化レベルに対応する2進変換信号
を発生する第1の手段、上記2進変換信号に応答してア
ナログ入力信号のレベルより低くそれに最も近い量子化
レベルに対応する量子化アナログ信号を発生する第2の
手段、および上記のアナログ入力信号から量子化アナロ
グ信号を減算することにより次の変換段に印加するため
の残留アナログ信号を発生する第3の手段を含んでいる
複数の縦続結合された変換段、 少なくとも所定数の上位ビット変換段に対して設けられ
て、これらの上位ビット変換段の上記2進変換信号によ
って選択される補償済み2進信号を発生する共通ルック
アップ・テーブル、 上記所定数の中に含まれない変換段の各々に対してそれ
ぞれ設けられ、上記所定数の中に含まれない変換段の各
々の上記2進変換信号によって選択される補償済み2進
信号を発生する個別のルックアップ・テーブル、ならび
に上記共通ルックアップ・テーブルおよび上記個別のル
ックアップ・テーブルからの上記補償済み2進信号を組
合わせて2進出力信号を構成する手段を含むことを特徴
とする多段パイプライン形サブレンジング・アナログ−
ディジタル変換器。 - 【請求項7】 相次ぐ各組の変換段の間にそれぞれ配置
された個別の段間増幅器を含み、上記増幅器の利得がそ
れぞれ2のni 乗より小さく、ni が上記各増幅器に先
行する段の2進変換信号のビット数である請求項6記載
の多段パイプライン形サブレンジング・アナログ−ディ
ジタル変換器。 - 【請求項8】 多段パイプライン形サブレンジング・ア
ナログ−ディジタル変換器において、 複数の縦続結合された変換段であって、各変換段が、ア
ナログ入力信号を該アナログ入力信号のレベルより低く
それに最も近い量子化レベルに対応する2進変換信号に
変換するアナログ−ディジタル変換部、上記2進変換信
号をアナログ入力信号のレベルより低くそれに最も近い
量子化レベルに対応する量子化アナログ信号に変換する
ディジタル−アナログ変換部、上記のアナログ入力信号
から量子化アナログ信号を減算することにより次の変換
段に印加するための残留アナログ信号を発生する加算手
段、上記各変換段を次に続く変換段に結合する段間増幅
器であって、上記増幅器の利得が2のni 乗より小さ
く、ni が上記各変換段の2進変換信号のビット数であ
る段間増幅器、および上記2進変換信号によって選択さ
れる補償済み2進信号を発生するルックアップ・テーブ
ルであって、ni 個の2進アドレス入力および2のni
乗個の係数を有するルックアップ・テーブルを含んでい
る複数の縦続結合された変換段、ならびに上記ルックア
ップ・テーブルからの上記補償済み2進信号を組合わせ
ることにより2進出力信号を発生する手段を含むことを
特徴とする多段パイプライン形サブレンジング・アナロ
グ−ディジタル変換器。 - 【請求項9】 上記各変換段において、上記ルックアッ
プ・テーブルが上記各変換段の構成要素の非理想性を補
償するように選択された補償済み2進出力信号を記憶す
るメモリ手段を含んでいる請求項8記載の多段パイプラ
イン形サブレンジング・アナログ−ディジタル変換器。 - 【請求項10】 上記多段パイプライン形サブレンジン
グ・アナログ−ディジタル変換器の補正および較正を容
易にするため、上記各変換段で上記ルックアップ・テー
ブルの各係数の2進ワードサイズをその中のアナログ−
ディジタル変換器の総ビット数ni より大きくした請求
項8記載の多段パイプライン形サブレンジング・アナロ
グ−ディジタル変換器。 - 【請求項11】 多段パイプライン形サブレンジング・
アナログ−ディジタル変換器において、 複数の縦続結合された変換段であって、変換段の各々
が、アナログ入力信号を該アナログ入力信号のレベルよ
り低くそれに最も近い量子化レベルに対応する2進変換
信号に変換するアナログ−ディジタル変換部、上記2進
変換信号をアナログ入力信号のレベルより低くそれに最
も近い量子化レベルに対応する量子化アナログ信号に変
換するディジタル−アナログ変換部、上記のアナログ入
力信号から量子化アナログ信号を減算することにより次
の変換段に印加するための残留アナログ信号を発生する
加算手段、および上記各変換段を次に続く変換段に結合
する段間増幅器を含み、上記増幅器の利得が2のni 乗
より小さく、ni が上記各変換段の2進変換信号のビッ
ト数である複数の縦続結合された変換段、 上記2進変換信号によって選択される補償済み2進信号
を発生する複数のルックアップ・テーブルであって、そ
のうちの第1のルックアップ・テーブルが上位ビットを
発生する複数の変換段に結合され、かつ少なくとも1個
の個別のルックアップ・テーブルが最下位ビットを生ず
る変換段に結合されている複数のルックアップ・テーブ
ル、ならびに上記ルックアップ・テーブルからの上記補
償済み2進信号を組合わせて2進出力信号を発生する手
段を含むことを特徴とする多段パイプライン形サブレン
ジング・アナログ−ディジタル変換器。 - 【請求項12】 上記各々の変換段に結合されたルック
アップ・テーブルが、上記各変換段の構成要素の非理想
性を補償するように選択された補償済み2進出力信号を
記憶するメモリ手段を含んでいる請求項11記載の多段
パイプライン形サブレンジング・アナログ−ディジタル
変換器。 - 【請求項13】 上記多段パイプライン形サブレンジン
グ・アナログ−ディジタル変換器の補正および較正を容
易にするため、上記各変換段で、上記ルックアップ・テ
ーブルの各係数の2進ワードサイズをそれに結合された
アナログ−ディジタル変換器の総ビット数より大きくし
た請求項11記載の多段パイプライン形サブレンジング
・アナログ−ディジタル変換器。 - 【請求項14】 上位ビットを発生する上記複数の変換
段の後の複数の変換段に結合された少なくとも1個の第
3のルックアップ・テーブルが含まれる請求項11記載
の多段パイプライン形サブレンジング・アナログ−ディ
ジタル変換器。 - 【請求項15】 複数の縦続結合された変換段を含む多
段パイプライン形サブレンジング・アナログ−ディジタ
ル変換器のディジタル較正装置であって、上記各変換段
が、アナログ入力信号を該アナログ入力信号のレベルよ
り低くそれに最も近い量子化レベルに対応する2進変換
信号に変換するアナログ−ディジタル変換部、上記2進
変換信号をアナログ入力信号のレベルより低くそれに最
も近い量子化レベルに対応する量子化アナログ信号に変
換するディジタル−アナログ変換部、上記のアナログ入
力信号から量子化アナログ信号を減算することにより次
の変換段に印加するための残留アナログ信号を発生する
加算手段、および上記2進変換信号によって選択された
補償済み2進信号を発生するルックアップ・テーブルを
含み、上記変換器が更に、上記各変換段のルックアップ
・テーブルからの補償済み2進信号を組合わせて2進出
力信号を発生する手段も含んでいる構成の多段パイプラ
イン形サブレンジング・アナログ−ディジタル変換器の
ディジタル較正装置において、 上記アナログ−ディジタル変換器の変換段のルックアッ
プ・テーブルにそれぞれ対応する複数の較正用ルックア
ップ・テーブル、 アナログ入力信号を上記多段アナログ−ディジタル変換
器に印加する手段、 上記変換段のアナログ−ディジタル変換部からの2進変
換信号を上記較正用ルックアップ・テーブルに印加する
手段、 上記較正用ルックアップ・テーブルからの補償済み2進
信号を組合わせて2進較正信号を発生する手段、 上記2進較正信号を、上記多段アナログ−ディジタル変
換器に印加されるアナログ入力信号に対応する別の2進
信号と比較して、誤差信号を発生する手段、ならびに上
記誤差信号に応答して、上記較正用ルックアップ・テー
ブルに記憶された補償済み2進信号を補正する手段を含
むことを特徴とするディジタル較正装置。 - 【請求項16】 較正完了後、上記較正用ルックアップ
・テーブルの記憶データを上記多段アナログ−ディジタ
ル変換器のルックアップ・テーブルに書き込む手段を含
む請求項15記載のディジタル較正装置。 - 【請求項17】 2進較正信号と比較される2進信号を
上記別の2進信号として発生するランダム・シーケンス
発生器、ならびに該2進信号を上記多段アナログ−ディ
ジタル変換器に印加されるアナログ入力信号に変換する
手段を含む請求項15記載のディジタル較正装置。 - 【請求項18】 上記多段アナログ−ディジタル変換器
に印加するためのランダム・アナログ信号を上記アナロ
グ入力信号として発生するランダム信号発生器、ならび
に上記ランダム・アナログ信号を上記2進較正信号と比
較するための上記別の2進信号に変換する手段を含む請
求項15記載のディジタル較正装置。 - 【請求項19】 誤差信号に応答する上記手段が、上記
多段アナログ−ディジタル変換器の各変換段からの2進
変換信号に更に応答して、上記較正用ルックアップ・テ
ーブルに記憶された補償済み2進信号を補正し、この補
正された補償済み2進信号を上記多段アナログ−ディジ
タル変換器の上記ルックアップ・テーブルに記憶させる
プロセッサを含んでいる請求項15記載のディジタル較
正装置。 - 【請求項20】 複数の縦続結合された変換段を含む多
段パイプライン形サブレンジング・アナログ−ディジタ
ル変換器のディジタル較正装置であって、上記各変換段
が、アナログ入力信号を該アナログ入力信号のレベルよ
り低くそれに最も近い量子化レベルに対応する2進変換
信号に変換するアナログ−ディジタル変換部、上記2進
変換信号をアナログ入力信号のレベルより低くそれに最
も近い量子化レベルに対応する量子化アナログ信号に変
換するディジタル−アナログ変換部、ならびに上記のア
ナログ入力信号から量子化アナログ信号を減算すること
により次の変換段に印加するための残留アナログ信号を
発生する加算手段を含み、上記変換器が更に、それぞれ
印加される2進変換信号によって選択される補償済み2
進信号を発生する複数のルックアップ・テーブル、なら
びにこれらのルックアップ・テーブルからの補償済み2
進信号を組合わせて2進出力信号を構成する手段も含ん
でいる構成の多段パイプライン形サブレンジング・アナ
ログ−ディジタル変換器のディジタル較正装置におい
て、 上記アナログ−ディジタル変換器の変換段のルックアッ
プ・テーブルにそれぞれ対応する複数の較正用ルックア
ップ・テーブル、 アナログ入力信号を上記多段アナログ−ディジタル変換
器に印加する手段、 上記変換段のアナログ−ディジタル変換部からの2進変
換信号を上記較正用ルックアップ・テーブルに印加する
手段、 上記較正用ルックアップ・テーブルからの補償済み2進
信号を組合わせて2進較正信号を発生する手段、 2進較正信号を上記多段アナログ−ディジタル変換器に
印加されるアナログ入力信号に対応する別の2進信号と
比較することにより誤差信号を発生する手段、ならびに
誤差信号に応答して、上記較正用ルックアップ・テーブ
ルに記憶された補償済み2進信号を補正する手段を含む
ことを特徴とするディジタル較正装置。 - 【請求項21】 較正完了後、上記較正用ルックアップ
・テーブルの記憶データを上記多段アナログ−ディジタ
ル変換器のルックアップ・テーブルに書き込む手段を含
む請求項20記載のディジタル較正装置。 - 【請求項22】 2進較正信号と比較される2進信号を
上記別の2進信号として発生するランダム・シーケンス
発生器、ならびに上記ランダム2進信号を上記多段アナ
ログ−ディジタル変換器に印加されるアナログ入力信号
に変換する手段を含む請求項20記載のディジタル較正
装置。 - 【請求項23】 上記多段アナログ−ディジタル変換器
に印加するためのランダムアナログ信号を上記アナログ
入力信号として発生するランダム信号発生器、ならびに
上記ランダム・アナログ信号を上記2進較正信号と比較
するための上記別の2進信号に変換する手段を含む請求
項20記載のディジタル較正装置。 - 【請求項24】 誤差信号に応答する上記手段が、上記
多段アナログ−ディジタル変換器の各変換段からの2進
変換信号に更に応答して、上記較正用ルックアップ・テ
ーブルに記憶された補償済み2進信号を補正し、この補
正された補償済み2進信号を上記多段アナログ−ディジ
タル変換器の上記ルックアップ・テーブルに記憶させる
プロセッサを含んでいる請求項20記載のディジタル較
正装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US07/533,263 US5047772A (en) | 1990-06-04 | 1990-06-04 | Digital error correction system for subranging analog-to-digital converters |
US533,263 | 1990-06-04 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0583134A true JPH0583134A (ja) | 1993-04-02 |
Family
ID=24125199
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3159546A Pending JPH0583134A (ja) | 1990-06-04 | 1991-06-04 | デイジタル誤差補正サブレンジング・アナログ−デイジタル変換器 |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5047772A (ja) |
EP (1) | EP0460840A3 (ja) |
JP (1) | JPH0583134A (ja) |
KR (1) | KR940005935B1 (ja) |
CN (1) | CN1057136A (ja) |
CA (1) | CA2042142A1 (ja) |
IL (1) | IL98220A0 (ja) |
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