JPH06216772A - A/d converter and completely differential operational amplifier circuit - Google Patents

A/d converter and completely differential operational amplifier circuit

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Publication number
JPH06216772A
JPH06216772A JP2177793A JP2177793A JPH06216772A JP H06216772 A JPH06216772 A JP H06216772A JP 2177793 A JP2177793 A JP 2177793A JP 2177793 A JP2177793 A JP 2177793A JP H06216772 A JPH06216772 A JP H06216772A
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JP
Japan
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signal
output
differential
circuit
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Withdrawn
Application number
JP2177793A
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Japanese (ja)
Inventor
Takaaki Noda
孝明 野田
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To provide an A/D converter capable of suppressing the deterioration of S/H characteristic by the influence of a noise to a minimum even when the converter is loaded by mixing with a large scale digital circuit. CONSTITUTION:A differential signal forming circuit 6 as an invertible amplifier is constituted by using a completely differential operational amplifier circuit 4 equipped with an in-phase feedback input terminal CMF and a resistor means. An analog input signal of single end is converted to a differential signal by inputting an analog signal to the negative input terminal side of the completely differential operational amplifier circuit, connecting the positive input terminal side to analog signal ground, and feeding back the midpoint potential of differential output to the in-phase feedback input terminal. After the differential signal is A/D-converted, a digital signal is converted to the digital signal of single end by applying digital substraction to it.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ディジタル/アナログ
混載のLSIなどに用いられるA/D変換器の分野に属
するものであり、例えば、大規模のディジタル回路によ
る雑音によるA/D変換器のS/N特性の劣化を防ぐ用
途や、低電圧動作LSIでアナログ信号の振幅が小さく
なることに伴うA/D変換器のS/N特性の劣化を防ぐ
用途などに適用して有効な技術に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention belongs to the field of A / D converters used in digital / analog mixed LSIs and the like. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a technique effectively applied to prevent deterioration of S / N characteristics, and to prevent deterioration of S / N characteristics of an A / D converter due to a decrease in analog signal amplitude in a low-voltage operation LSI. It is a thing.

【0002】[0002]

【従来の技術】マイクロプロセッサなどに搭載されてい
るA/D変換器としては、例えば、電源電圧と接地電圧
(グランド電位)との間を抵抗分割して作成したリファ
レンス電圧と、サンプルホ−ルドされた入力信号とを、
インバ−タを用いたチョッパ型コンパレ−タで比較し、
その大小判定結果に基ずいて制御回路によりリファレン
ス電圧を変えていき、上位ビットから順次ディジタルデ
−タを決定する逐次比較型のA/D変換器がある。ま
た、特開昭61−123313号公報には、アナログ入
力信号を差動化し、2系統のA/D変換回路と双方のA
/D変換出力の差分を演算する演算回路を用いてシング
ルエンドのディジタル信号を得るA/D変換回路が示さ
れる。これは、テレビ信号に適したもので、2系統のA
/D変換回路を用いて高精度化を図る技術を基礎とする
ものであり、シングルエンドのアナログ信号は、夫々別
々の演算増幅回路で構成された正転増幅回路と反転増幅
回路を用い、夫々の出力の加算値が基準電圧と一致する
ようにさらに別の演算増幅回路を用いてフィードバック
ループを構成している。これによって、直流ドリフトを
対策でき、各A/D変換回路のダイナミックレンジを性
格につなぎ合わせられるので、高リニアリティーで高精
度のA/D変換回路を得るものである。
2. Description of the Related Art As an A / D converter mounted on a microprocessor or the like, for example, a reference voltage created by resistance-dividing a power supply voltage and a ground voltage (ground potential), and a sample hold Input signal and
Compare with a chopper type comparator using an inverter,
There is a successive approximation type A / D converter in which a reference voltage is changed by a control circuit based on the magnitude judgment result and the digital data is sequentially determined from upper bits. Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-123313 discloses that an analog input signal is differentiated and two systems of A / D conversion circuits and both A's are used.
An A / D conversion circuit that obtains a single-ended digital signal by using an arithmetic circuit that calculates the difference between A / D conversion outputs is shown. This is suitable for TV signals, and has two systems of A
It is based on a technique for achieving high accuracy by using a D / D conversion circuit. Single-ended analog signals use a non-inverting amplifier circuit and an inverting amplifier circuit each configured by a separate operational amplifier circuit. A feedback loop is configured by using another operational amplifier circuit so that the added value of the output of the above-mentioned becomes equal to the reference voltage. As a result, DC drift can be prevented, and the dynamic ranges of the A / D conversion circuits can be connected to each other in character, so that an A / D conversion circuit with high linearity and high accuracy can be obtained.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】同一半導体基板にアナ
ログ回路と共に搭載されたディジタル回路が動作する
と、その動作状態に応じて電源ラインに比較的大きな電
流が流れて電源電圧が変動したり、トランジスタの拡散
層と半導体基板との間に形成されるような接合容量がト
ランジスタの動作に応じてチャージ/ディスチャージさ
れ、これが半導体基板を通じてノイズを発生する。この
ようなノイズは半導体基板を共有するアナログ回路にも
伝達される。そのアナログ回路がスイッチド・キャパシ
タ積分回路やキャパシタアレイを利用したA/D変換回
路或は局部D/A変換回路を含むとき、スイッチ動作に
よってキャパシタの充放電動作時に当該キャパシタの蓄
積ノードに接合容量などを通じてディジタルノイズの影
響による電位変動が与えられる。そうすると、キャパシ
タの充放電の電荷量に誤差を生じて、A/D変換結果の
S/N特性が劣化する。ディジタルノイズによるアナロ
グ回路の特性劣化はこれに限らず、ディジタルノイズに
よって電源変動やレベル変動する電源ラインとのクロス
トークなどによっても生ずる。上記逐次比較型のA/D
変換器では、アナログ信号のダイナミックレンジが電源
電圧一杯であるため演算増幅器やコンパレ−タ等一般的
なアナログ要素回路が使用できず、回路方式が限定され
てしまう。また、リファレンス電圧が電源電圧と接地電
圧を抵抗分割して与えているため、他の大規模ディジタ
ル回路や入出力バッファ回路の雑音によるグランドノイ
ズ等でリファレンス電圧に雑音が乗りA/D変換器のS
/N特性が劣化するという問題が有る。また、アナログ
信号のダイナミックレンジを制限して演算増幅器やコン
パレ−タ等一般的なアナログ要素回路を用いて実現した
A/D変換器においても、他の大規模ディジタル回路や
入出力バッファ回路による基板雑音により特性が劣化す
る虞のあることが本発明者によって見出された。例え
ば、前記特開昭61−123313号公報記載のものに
あっては、差動化のために夫々個別の正転増幅回路を反
転増幅回路を利用しているため、電源変動に対する夫々
の出力のS/N特性が相違し、後段のA/D変換結果の
差分を採ってもノイズ成分をキャンセルできないことが
本発明者によって見出された。また、携帯用端末機器等
に用いられるLSIでは低消費電力化のため低電圧動作
が要求されるが、低電圧化に伴いアナログ信号のダイナ
ミックレンジを小さくせざるを得ずS/N特性が劣化す
るという問題のあることも本発明者によって明らかにさ
れた。
When a digital circuit mounted together with an analog circuit on the same semiconductor substrate operates, a relatively large current flows in the power supply line according to the operating state, the power supply voltage fluctuates, and the transistor The junction capacitance formed between the diffusion layer and the semiconductor substrate is charged / discharged according to the operation of the transistor, which causes noise through the semiconductor substrate. Such noise is also transmitted to analog circuits sharing the semiconductor substrate. When the analog circuit includes an A / D conversion circuit or a local D / A conversion circuit using a switched capacitor integration circuit or a capacitor array, the junction capacitance is connected to the storage node of the capacitor during the charging / discharging operation of the capacitor by the switch operation. Potential fluctuation due to the influence of digital noise is given through such as. Then, an error occurs in the charge / discharge amount of the capacitor, and the S / N characteristic of the A / D conversion result deteriorates. Deterioration of the characteristics of the analog circuit due to digital noise is not limited to this, but also occurs due to power supply fluctuations due to digital noise and crosstalk with the power supply line whose level fluctuates. The successive approximation type A / D
In the converter, since the dynamic range of the analog signal is full of the power supply voltage, general analog element circuits such as an operational amplifier and a comparator cannot be used, and the circuit system is limited. Further, since the reference voltage is provided by dividing the power supply voltage and the ground voltage by resistance division, noise is added to the reference voltage due to ground noise due to noise of other large-scale digital circuits and input / output buffer circuits, and the A / D converter S
There is a problem that the / N characteristic is deteriorated. Further, in an A / D converter realized by using a general analog element circuit such as an operational amplifier or a comparator by limiting the dynamic range of an analog signal, a board using another large-scale digital circuit or an input / output buffer circuit. It has been found by the present inventor that characteristics may deteriorate due to noise. For example, in the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 61-123313, since the individual non-inversion amplifier circuits are used for differential operation, respectively, the respective inversion amplifier circuits are used, and therefore, the output of each output against the power supply fluctuation is It was found by the present inventors that the S / N characteristics are different and the noise component cannot be canceled even if the difference between the A / D conversion results in the latter stage is taken. In addition, in an LSI used in a portable terminal device or the like, a low voltage operation is required to reduce the power consumption, but the dynamic range of the analog signal has to be reduced with the decrease in the voltage and the S / N characteristic is deteriorated. The present inventor has also revealed that there is a problem of

【0004】本発明の目的は、大規模ディジタル回路と
混載してもそのノイズの影響によるS/N特性劣化を最
小限にできるA/D変換器を提供することにある。本発
明の別の目的は、低電源電圧でもアナログ信号のダイナ
ミックレンジを大きくして、S/N特性の劣化を最小限
にできるA/D変換器を提供することにある。さらに別
の目的は、上記A/D変換器に最適な完全差動演算増幅
回路を提供することにある。
An object of the present invention is to provide an A / D converter capable of minimizing deterioration of the S / N characteristic due to the influence of noise even if it is mounted on a large-scale digital circuit. Another object of the present invention is to provide an A / D converter capable of increasing the dynamic range of an analog signal even with a low power supply voltage and minimizing deterioration of S / N characteristics. Still another object is to provide a fully differential operational amplifier circuit most suitable for the A / D converter.

【0005】本発明の前記並びにその他の目的と新規な
特徴は本明細書の記述及び添付図面から明らかになるで
あろう。
The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記
の通りである。
The outline of the representative one of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.

【0007】(1)すなわち、同相帰還入力端子を備え
る完全差動演算増幅回路と抵抗手段を用いて反転増幅器
としての差動信号化回路を構成し、完全差動演算増幅回
路の負入力端子側にはアナログ信号を入力し、正入力端
子側はアナログ信号グランドに接続し、差動出力の中点
電位を同相帰還入力端子に帰還させることで、シングル
エンドのアナログ入力信号を差動信号に変換し、それを
各々A/D変換した後、そのディジタル信号をディジタ
ル減算してシングルエンドのディジタル信号に変換する
構成を採用する。 (2)完全差動演算増幅回路は、第1入力抵抗手段を介
してシングルエンドのアナログ信号が供給される負入力
端子と、第2入力抵抗手段を介してアナロググランド電
位が供給される正入力端子と、第1帰還抵抗手段を介し
て負入力端子に接続される正出力端子と、第2帰還抵抗
手段を介して前記正入力端子に接続される負出力端子
と、正出力端子と負出力端子の同相電圧に基づいて形成
される電圧が供給される同相帰還入力端子とを備え、当
該同相帰還入力端子の入力電圧をアナログ信号グランド
に近づけるように、正出力端子と負出力端子間の同相の
電圧を一定に制御して、前記負出力端子にはアナログ入
力信号と同相の信号を出力し、正出力にはそのアナログ
信号と逆相の信号を出力するものである。 (3)差動信号化回路は入力抵抗手段と帰還抵抗手段と
の比に応じて利得が決定される。 (4)斯る完全差動演算増幅回路は、電流源のMOSト
ランジスタ、正負入力端子に対応される相互にソ−スを
結合したMOSトランジスタのペア、及びそのMOSト
ランジスタのペアの負荷MOSトランジスタから成る入
力差動段と、その入力差動段の出力を増幅して正,負の
出力を形成するソ−ス接地増幅回路と、そのソ−ス接地
増幅回路の出力と前記入力差動段の出力との間に直列的
に接続される位相補償回路と、同相帰還の入力差動段と
を備え、前記同相帰還入力差動段は、電流源のMOSト
ランジスタと、一方の入力がアナログ信号グランドに接
続され、他方の入力が同相帰還入力端子とされる相互に
ソ−スが結合されたMOSトランジスタのペアと、ゲ−
トとドレインが接続された負荷MOSトランジスタから
なる差動段とを有し、同相帰還入力端子側の出力が入力
差動段の負荷MOSトランジスタのゲ−トに接続されて
成り、全体として、同相入力帰還のための差動段を含む
A級差動増幅回路として実現できる。この完全差動演算
増幅回路は、負入力端子から見た正出力端子側の回路構
成と、正入力端子から見た負出力端子側の回路構成との
間に回路構成の対称性を有している。 (5)斯る完全差動演算増幅回路において入力オフセッ
トを低減するには、それに含まれる差動段のペアを構成
するMOSトランジスタに対して、夫々単位サイズのM
OSトランジスタを複数個並設することによって必要な
トランジスタサイズを確保するようにし、夫々のペアM
OSトランジスタを構成する単位サイズのMOSトラン
ジスタを、距離的に近接させ、且つ、規則的に分散し
て、レイアウトする。
(1) That is, a differential signal conversion circuit as an inverting amplifier is constructed by using a fully differential operational amplifier circuit having an in-phase feedback input terminal and a resistance means, and a negative input terminal side of the fully differential operational amplifier circuit. An analog signal is input to, the positive input terminal side is connected to the analog signal ground, and the midpoint potential of the differential output is fed back to the common-mode feedback input terminal to convert the single-ended analog input signal to a differential signal. Then, after each A / D conversion, the digital signal is digitally subtracted to be converted into a single end digital signal. (2) The fully differential operational amplifier circuit has a negative input terminal to which a single-ended analog signal is supplied via the first input resistance means and a positive input to which an analog ground potential is supplied via the second input resistance means. A terminal, a positive output terminal connected to the negative input terminal via the first feedback resistance means, a negative output terminal connected to the positive input terminal via the second feedback resistance means, a positive output terminal and a negative output A common-mode feedback input terminal to which a voltage formed based on the common-mode voltage of the terminal is supplied, and a common-mode feedback terminal between the positive output terminal and the negative output terminal so that the input voltage of the common-mode feedback input terminal approaches the analog signal ground. Of the analog input signal is output to the negative output terminal and a signal having the opposite phase of the analog signal is output to the positive output. (3) The gain of the differential signal conversion circuit is determined according to the ratio of the input resistance means and the feedback resistance means. (4) Such a fully differential operational amplifier circuit includes a MOS transistor of a current source, a pair of MOS transistors corresponding to positive and negative input terminals and having sources connected to each other, and a load MOS transistor of the pair of MOS transistors. An input differential stage, a source ground amplifier circuit for amplifying the output of the input differential stage to form positive and negative outputs, an output of the source ground amplifier circuit and the input differential stage. A phase compensation circuit connected in series with the output and an in-phase feedback input differential stage are provided. The in-phase feedback input differential stage has a current source MOS transistor and one input is an analog signal ground. A pair of MOS transistors whose sources are connected to each other and whose other inputs are common-mode feedback input terminals,
And a drain connected to the differential MOS transistor, and the output of the common mode feedback input terminal side is connected to the gate of the load MOS transistor of the input differential stage. It can be realized as a class A differential amplifier circuit including a differential stage for input feedback. This fully differential operational amplifier circuit has circuit configuration symmetry between the circuit configuration on the positive output terminal side viewed from the negative input terminal and the circuit configuration on the negative output terminal side viewed from the positive input terminal. There is. (5) In order to reduce the input offset in such a fully differential operational amplifier circuit, each of the MOS transistors forming a pair of differential stages included therein has a unit size of M.
The required transistor size is secured by arranging a plurality of OS transistors in parallel, and each pair M
The unit-sized MOS transistors forming the OS transistors are laid out in close proximity to each other and regularly dispersed.

【0008】[0008]

【作用】(1)上記した手段によれば、シングルエンド
のアナログ信号は、差動信号化回路によって互いに逆相
の差動信号とされる。完全差動演算増幅回路によって構
成される差動信号化回路は、アナログ入力信号に同相の
出力信号と逆相の出力信号夫々に乗るノイズ成分をコモ
ンノイズとする。そして、各々の信号がA/D変換器で
ディジタル信号に変換された後、減算されてシングルエ
ンドのディジタル信号に変換される。大規模のディジタ
ル回路や入出力バッファ回路の発生する基板雑音は、差
動信号化回路や各A/D変換器に同相で乗り、また、差
動信号化回路の差動出力のノイズ成分が相互にコモンノ
イズであるので、そのようなコモンノイズ並びに同相ノ
イズ成分は、最後のディジタル減算器で相殺される。そ
の結果、大規模のディジタル回路や入出力バッファ回路
等、多くのノイズ発生源と混載してもS/N等の特性が
劣化することがなく、A/D変換器の目標性能を満足す
ることができる。 (2)差動信号化回路は、利得を調整できるので、例え
ば入力アナログ信号のダイナミックレンジが電源電圧一
杯の信号に対しても利得を1倍に選べば、一対のA/D
変換回路で変換すべき差動アナログ出力信号のダイナミ
ックレンジを電源電圧の半分にでき、演算増幅回路など
の通常のアナログ回路の使用を可能にする。また利得を
2倍に選べば、実効的に信号振幅を2倍にでき、低電圧
動作のLSIでも信号振幅を大きく扱えるので、この点
においても、S/N特性の劣化を最小限にする。 (3)低電圧動作に対しても、大規模なディジタル回路
と混載するLSIに搭載しても、S/N等の特性の劣化
を最小にできる差動A/D変換回路が実現される。
(1) According to the above means, the single-ended analog signals are made into the differential signals having the opposite phases by the differential signal conversion circuit. A differential signal conversion circuit configured by a fully differential operational amplifier circuit uses, as common noise, a noise component that is applied to an analog input signal and an in-phase output signal and an anti-phase output signal, respectively. Then, each signal is converted into a digital signal by an A / D converter, then subtracted and converted into a single-ended digital signal. Substrate noise generated by a large-scale digital circuit or input / output buffer circuit is in-phase on the differential signal conversion circuit or each A / D converter, and the noise components of the differential output of the differential signal conversion circuit are mutually Since it is common noise, the common noise and common-mode noise components are canceled by the final digital subtractor. As a result, the characteristics such as S / N are not deteriorated even if they are mixed with many noise sources such as large-scale digital circuits and input / output buffer circuits, and the target performance of the A / D converter is satisfied. You can (2) Since the differential signal conversion circuit can adjust the gain, for example, even if the input analog signal has a dynamic range in which the power supply voltage is full, if the gain is selected to be 1 time, a pair of A / D
The dynamic range of the differential analog output signal to be converted by the conversion circuit can be halved of the power supply voltage, and the normal analog circuit such as the operational amplifier circuit can be used. Further, if the gain is selected to be doubled, the signal amplitude can be effectively doubled, and even a low voltage operation LSI can handle a large signal amplitude. In this respect also, deterioration of the S / N characteristic is minimized. (3) A differential A / D conversion circuit capable of minimizing deterioration of characteristics such as S / N even when mounted on an LSI mounted together with a large-scale digital circuit is realized even for low voltage operation.

【0009】[0009]

【実施例】図1には本発明に係るA/D変換器の一実施
例ブロック図が示される。本実施例のA/D変換器1
は、差動信号化回路6、A/D変換回路ADM,AD
P、及び減算器5によって構成される。差動信号化回路
6は完全差動演算増幅回路4を用いて構成される。この
完全差動演算増幅回路4は、正入力端子(非反転入力端
子)NP、負入力端子(反転入力端子)NM、正出力端
子(非反転出力端子)NOP、負出力端子(反転出力端
子)NOM、及び同相帰還入力端子(コモン・モード・
フィードバック端子)CMFを有する。この完全差動演
算増幅回路4は、正出力端子NOPと負出力端子NOM
の同相電位に基づいて形成される電圧が同相帰還入力端
子CMFにフィードバックされることにより、当該同相
帰還入力端子CMFの入力電圧をアナログ信号グランド
に近づけるようにして、正出力端子NOPと負出力端子
NOM間の同相の電圧を一定にするように動作する。さ
らにこの完全差動演算増幅回路4は、負入力端子NMか
ら見た正出力端子NOP側の回路構成と、正入力端子N
Pから見た負出力端子NOM側の回路構成との間に回路
構成の対称性を有している。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of an A / D converter according to the present invention. A / D converter 1 of this embodiment
Is a differential signal conversion circuit 6, A / D conversion circuits ADM, AD
P and a subtractor 5. The differential signal conversion circuit 6 is configured by using the fully differential operational amplifier circuit 4. The fully differential operational amplifier circuit 4 includes a positive input terminal (non-inverting input terminal) NP, a negative input terminal (inverting input terminal) NM, a positive output terminal (non-inverting output terminal) NOP, a negative output terminal (inverting output terminal). NOM and common mode feedback input terminal (common mode
Feedback terminal) CMF is provided. The fully differential operational amplifier circuit 4 includes a positive output terminal NOP and a negative output terminal NOM.
By feeding back the voltage formed based on the common-mode potential of the common-mode feedback input terminal CMF to the input voltage of the common-mode feedback input terminal CMF, the positive output terminal NOP and the negative output terminal are brought close to the analog signal ground. It operates so that the voltage of the same phase between the NOMs is constant. Further, the fully differential operational amplifier circuit 4 has a circuit configuration on the positive output terminal NOP side as viewed from the negative input terminal NM and a positive input terminal N.
The circuit configuration has symmetry with the circuit configuration on the negative output terminal NOM side viewed from P.

【0010】A/D変換器1のアナログ信号入力端子A
INと完全差動演算増幅回路4の負入力端子NMとの間
に入力抵抗R1Mが配置され、アナログ信号グランドV
Bと正入力端子NPとの間には入力抵抗R1Pが配置さ
れる。負入力端子NMと正出力端子NOPとの間には帰
還抵抗R2Mが、そして、正入力端子NPと負出力端子
NOMの間には帰還抵抗R2Pが配置される。正出力端
子NOPの電圧と負出力端子NOMの電圧は抵抗R3M
とR3Pとにより電圧分割され、正負出力の中点電位が
同相帰還入力端子CMFに入力される。本実施例に従え
ば、前記抵抗R1M,R1P,R2M,R2Pは夫々同
じ抵抗値であり、また、前記帰還抵抗R3MとR3Pと
も相互に同じ抵抗値とされる。これにより、完全差動演
算増幅回路4は、アナログ信号入力端子AINの入力信
号振幅と、負出力端子NOMと正出力端子NOPの電位
差とが同じになるようにされる(即ち、完全差動演算増
幅回路は1倍の利得を持つ)と共に、負出力端子NOM
と正出力端子NOPの中点電位をアナログ信号グランド
VBに一到させる様に負帰還動作する。この結果とし
て、負出力端子NOMにはアナログ信号入力端子AIN
と同相で振幅が半分の信号が出力され、正出力端子NO
Pには逆相で振幅が半分の信号が出力される。入力信号
と同相の負出力端子NOMの出力はA/D変換回路AD
Pでディジタル信号に変換され、入力信号と逆相の正出
力端子NOPの出力はA/D変換回路ADMでディジタ
ル信号に変換される。減算器5は、A/D変換回路AD
Pのディジタル信号からA/D変換回路ADMのディジ
タル信号をディジタル減算して、最終的なシングルエン
ド出力のディジタル信号Doutに変換する。このよう
に、シングルエンドのアナログ信号は、完全差動演算増
幅回路4にて互いに逆相の差動信号とされ、各々の信号
がA/D変換器ADP,ADMで並列的にディジタル信
号に変換された後に減算器5で減算され、シングルエン
ドのディジタル信号に変換される。差動演算増幅回路4
は、アナログ入力信号に同相の出力信号と逆相の出力信
号の夫々に乗るノイズ成分をコモンノイズとする。そし
て、A/D変換器1と共に同一チップに形成された大規
模なディジタル回路や入出力バッファ回路の発生する基
板雑音は、差動信号化回路6や各A/D変換回路AD
M,ADPに同相で乗る。したがって、そのような同相
ノイズ及び前記コモンノイズは、最後のディジタル減算
器5で相殺される。その結果、A/D変換器1は、大規
模なディジタル回路や入出力バッファ回路等、多くのノ
イズ発生源と混載しても、S/N等の特性が劣化するこ
とがなく、A/D変換器の目標性能を満足することがで
きる。
Analog signal input terminal A of A / D converter 1
An input resistor R1M is arranged between IN and the negative input terminal NM of the fully differential operational amplifier circuit 4, and the analog signal ground V
An input resistor R1P is arranged between B and the positive input terminal NP. A feedback resistor R2M is arranged between the negative input terminal NM and the positive output terminal NOP, and a feedback resistor R2P is arranged between the positive input terminal NP and the negative output terminal NOM. The voltage of the positive output terminal NOP and the voltage of the negative output terminal NOM are the resistance R3M.
And R3P, and the midpoint potential of the positive and negative outputs is input to the in-phase feedback input terminal CMF. According to this embodiment, the resistors R1M, R1P, R2M and R2P have the same resistance value, respectively, and the feedback resistors R3M and R3P have the same resistance value. As a result, the fully differential operation amplifier circuit 4 makes the input signal amplitude of the analog signal input terminal AIN equal to the potential difference between the negative output terminal NOM and the positive output terminal NOP (that is, fully differential operation). The amplifier circuit has a gain of 1), and the negative output terminal NOM
And a negative feedback operation is performed so that the midpoint potential of the positive output terminal NOP reaches the analog signal ground VB. As a result, the negative output terminal NOM is connected to the analog signal input terminal AIN.
A signal with half the amplitude is output in phase with the positive output terminal NO
A signal having a reverse phase and a half amplitude is output to P. The output of the negative output terminal NOM in phase with the input signal is the A / D conversion circuit AD
The signal is converted into a digital signal by P, and the output of the positive output terminal NOP having a phase opposite to that of the input signal is converted into a digital signal by the A / D conversion circuit ADM. The subtractor 5 is an A / D conversion circuit AD
The digital signal of the A / D conversion circuit ADM is digitally subtracted from the digital signal of P to be converted into the final digital signal Dout of the single end output. In this way, the single-ended analog signals are made into differential signals of opposite phases in the fully differential operational amplifier circuit 4, and the respective signals are converted into digital signals in parallel by the A / D converters ADP and ADM. Then, it is subtracted by the subtractor 5 and converted into a single-ended digital signal. Differential operational amplifier circuit 4
The common noise is a noise component that rides on each of the in-phase output signal and the anti-phase output signal of the analog input signal. Substrate noise generated by a large-scale digital circuit and an input / output buffer circuit formed on the same chip together with the A / D converter 1 is caused by the differential signal conversion circuit 6 and each A / D conversion circuit AD.
Riding M and ADP in-phase. Therefore, such in-phase noise and the common noise are canceled by the final digital subtractor 5. As a result, the A / D converter 1 does not deteriorate in characteristics such as S / N even when mixed with many noise sources such as a large-scale digital circuit and an input / output buffer circuit, and the A / D converter 1 does not deteriorate. The target performance of the converter can be satisfied.

【0011】図2には、ダイナミックレンジが電源電圧
一杯のA/D変換器に上記A/D変換器1を適用した実
施例が示される。アナログ信号グランドVBを電源電圧
VDDから抵抗分割によりその半分の(1/2)・VD
Dに設定し、ボルテージフォロアのようなバッファアン
プ8Aを通して使用する。また、A/D変換器1の基準
電圧は電源電圧VDDから抵抗分割によりその1/4の
(1/4)・VDDに設定し、バッファアンプ8Bを通
して使用する。利得が1倍の差動信号化回路6を用い
て、電源電圧一杯の信号ダイナミックレンジを(1/
2)・VDDを中心に±(1/4)・VDDというよう
に信号電圧範囲を半分に圧縮する。この差動化された信
号AOP,AOMをA/D変換回路ADP,ADMで受
ける。A/D変換回路AMDは、入力容量CI、局部D
/A変換回路30、アナログ積分回路31、比較回路3
2、及び制御回路33によって構成される。このA/D
変換回路AMDは、スイッチトキャパシタ形式の電荷再
配分型の局部D/A変換回路30の出力と入力容量CI
を介するアナログ入力信号とをアナログ積分回路31で
アナログ的に減算し、その出力を比較回路32で比較
し、その比較結果に基づいて制御回路33で局部D/A
変換回路30を制御し、アナログ入力信号に一致したデ
ィジタル信号を出力する。図2においてA/D変換回路
AMDのディジタル出力は制御回路33から得られる。
他方のA/D変換回路ADPも同様に構成される。双方
のA/D変換回路ADP,ADMのディジタル出力は減
算器5によってディジタル減算され、シングルエンドの
ディジタル信号に変換される。このような回路により、
電源電圧一杯の入力信号も(1/2)・VDDを中心に
±(1/4)・VDDで通常のスイッチトキャパシタ等
のアナログ回路技術を使用して処理でき、そのための基
準電位は演算増幅回路で成るバッファアンプ8A,8B
でバッファリングでき、上記差動化による耐ノイズ性の
効果とあわせて、A/D変換における良好なS/N特性
を実現することができる。尚、局部D/A変換回路30
に含まれる容量Cn〜C1はA/D変換回路ADMの積
分動作に先立つプリチャージ動作でその下部電極が基準
電位としての(1/4)・VDD又は接地電位GNDに
接続されるが、それは、局部D/A変換回路30の出力
がアナロググランドに対して正側電位か負側電位かによ
って制御回路33で決定される。
FIG. 2 shows an embodiment in which the A / D converter 1 is applied to an A / D converter having a dynamic range of which power supply voltage is full. The analog signal ground VB is divided by half from the power supply voltage VDD by (1/2) VD
It is set to D and used through a buffer amplifier 8A such as a voltage follower. Further, the reference voltage of the A / D converter 1 is set to (1/4) · VDD which is ¼ of the power supply voltage VDD by resistance division, and is used through the buffer amplifier 8B. The differential signal conversion circuit 6 having a gain of 1 is used to increase the signal dynamic range of the power supply voltage to (1 /
2) The signal voltage range is compressed in half by ± (1/4) · VDD centering on VDD. The differential signals AOP and AOM are received by A / D conversion circuits ADP and ADM. The A / D conversion circuit AMD has an input capacitance CI and a local D
/ A conversion circuit 30, analog integration circuit 31, comparison circuit 3
2 and the control circuit 33. This A / D
The conversion circuit AMD includes an output and an input capacitance CI of a local charge redistribution type D / A conversion circuit 30 of a switched capacitor type.
An analog input signal via the analog input signal is analogly subtracted by the analog integration circuit 31, the output thereof is compared by the comparison circuit 32, and the control circuit 33 determines the local D / A based on the comparison result.
It controls the conversion circuit 30 and outputs a digital signal that matches the analog input signal. In FIG. 2, the digital output of the A / D conversion circuit AMD is obtained from the control circuit 33.
The other A / D conversion circuit ADP is similarly configured. The digital outputs of both A / D conversion circuits ADP and ADM are digitally subtracted by the subtractor 5 and converted into a single-ended digital signal. With such a circuit,
An input signal with a full power supply voltage can be processed by using an analog circuit technology such as a normal switched capacitor with ± (1/4) · VDD centered at (1/2) · VDD, and the reference potential therefor is an operational amplifier circuit. Buffer amplifiers 8A, 8B
It is possible to realize buffering, and it is possible to realize a good S / N characteristic in A / D conversion in addition to the effect of noise resistance due to the above-mentioned differential. The local D / A conversion circuit 30
The capacitors Cn to C1 included in are connected at their lower electrodes to (1/4) .VDD as the reference potential or the ground potential GND by the precharge operation prior to the integration operation of the A / D conversion circuit ADM. The control circuit 33 determines whether the output of the local D / A conversion circuit 30 is a positive potential or a negative potential with respect to the analog ground.

【0012】図3には完全差動演算増幅回路4の一例回
路図が示される。この演算増幅器4は、全体として同相
入力帰還のための差動段を含むA級の差動増幅回路であ
る。当該演算増幅器4の入力差動段は、ゲ−トがバイア
ス電位BIAS1に接続された電流源のPチャンネル型
のMOSトランジスタM5と、MOSトランジスタM5
のドレインと接続されるソ−ス結合のPチャンネル型M
OSトランジスタのペアM3,M4(ゲ−トが各々負入
力端子子NM,正入力端子NPにされる)と、MOSトラ
ンジスタM3のドレインとドレインが接続されるNチャ
ンネル型の負荷MOSトランジスタM1と、MOSトラ
ンジスタM4のドレインとドレインが接続されるNチャ
ンネル型の負荷MOSトランジスタM2とからなり、M
OSトランジスタM3とM1のドレインであるノードN
D2は、MOSトランジスタM11,M12からなる負
出力側のソ−ス接地増幅回路に接続され、MOSトラン
ジスタM4とM2のドレインであるノードND3は、M
OSトランジスタM13,M14からなる正出力側のソ
−ス接地増幅回路に接続されて、負荷MOSトランジス
タM1,M2のソ−スは接地され、トランジスタM1,
M2のゲ−トは互いに接続され、更にトランジスタM6
〜M10からなる同相帰還入力差動段の出力に接続され
る。前記負出力側のソ−ス接地増幅回路は、ソ−スが電
源電圧VDD,ゲ−トがバイアス電位BIAS1に接続
されたPチャンネル型の電流源MOSトランジスタM1
2と、ソ−スが接地電位GND,ゲ−トがノードND2
に接続される駆動MOSトランジスタM11からなり、
トランジスタM11とM12のドレインが負出力端子負
出力端子NOMとされる。前記正出力側のソ−ス接地増
幅回路は、ソ−スが電源電圧VDD,ゲ−トがバイアス
電位BIAS1に接続されたPチャンネル型の電流源M
OSトランジスタM14と、ソ−スが接地電位GND,
ゲ−トがノードND3に接続される駆動MOSトランジ
スタM13からなり、トランジスタM13とM14のド
レインが正出力端子正出力端子NOPとされる。さら
に、負出力端子NOMとノードND2の間には位相補償
のために、容量CC1と、ゲ−トがバイアス電位BIA
S2に接続されたMOS抵抗MC1が挿入される。ま
た、正出力端子NOPとノードND3の間には位相補償
のために、容量CC2とゲ−トがバイアス電位BIAS
2に接続されたMOS抵抗MC2が挿入される。同相帰
還入力差動段は、ゲ−トがバイアス電位BIAS1に接
続されたPチャンネル型の電流源MOSトランジスタM
10と、トランジスタM10のドレインと共通にソース
が結合されるPチャンネル型のMOSトランジスタペア
M8,M9(トランジスタM8のゲ−トはアナログ信号
グランドに接続され、トランジスタM9のゲ−トは同相
帰還入力端子CMFにされる)と、トランジスタM8の
ドレインとドレイン及びゲ−トが接続されるNチャンネ
ル型負荷MOSトランジスタM6と、トランジスタM9
のドレインとドレイン及びゲ−トが接続されるNチャン
ネル型の負荷MOSトランジスタM7とからなり、トラ
ンジスタM7とM9のドレイン接続点ノードND6が入
力差動段のトランジスタM1とM2のゲ−トに接続され
る。同図に示される回路は、最少の素子数を以って構成
されている。
FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of the fully differential operational amplifier circuit 4. The operational amplifier 4 is a class A differential amplifier circuit including a differential stage for in-phase input feedback as a whole. In the input differential stage of the operational amplifier 4, the gate is connected to the bias potential BIAS1 and the current source is a P-channel type MOS transistor M5 of the current source and the MOS transistor M5.
Source-coupled P-channel type M connected to the drain of
A pair of OS transistors M3 and M4 (the gates of which are respectively a negative input terminal NM and a positive input terminal NP), an N-channel load MOS transistor M1 to which the drain of the MOS transistor M3 is connected, A drain of the MOS transistor M4 and an N-channel type load MOS transistor M2 connected to the drain,
The node N which is the drain of the OS transistors M3 and M1
D2 is connected to a source ground amplifier circuit on the negative output side composed of MOS transistors M11 and M12, and the node ND3 which is the drain of the MOS transistors M4 and M2 is M
The source of the load MOS transistors M1 and M2 is connected to the source grounded amplifier circuit on the positive output side composed of the OS transistors M13 and M14, and the source is grounded.
The gates of M2 are connected to each other, and further the transistor M6
~ M10 connected to the output of the common mode feedback input differential stage. The source grounded amplifier circuit on the negative output side is a P-channel type current source MOS transistor M1 whose source is connected to the power supply voltage VDD and whose gate is connected to the bias potential BIAS1.
2, the source is the ground potential GND, and the gate is the node ND2.
Drive MOS transistor M11 connected to
The drains of the transistors M11 and M12 serve as a negative output terminal negative output terminal NOM. The source grounded amplifier circuit on the positive output side is a P-channel type current source M whose source is connected to the power supply voltage VDD and whose gate is connected to the bias potential BIAS1.
The OS transistor M14 and the source are ground potential GND,
The gate is composed of a drive MOS transistor M13 connected to the node ND3, and the drains of the transistors M13 and M14 serve as the positive output terminal positive output terminal NOP. Further, between the negative output terminal NOM and the node ND2, a capacitor CC1 and a gate are connected to the bias potential BIA for phase compensation.
The MOS resistor MC1 connected to S2 is inserted. Further, between the positive output terminal NOP and the node ND3, the capacitor CC2 and the gate are connected to the bias potential BIAS for phase compensation.
The MOS resistor MC2 connected to 2 is inserted. The in-phase feedback input differential stage is a P-channel type current source MOS transistor M whose gate is connected to the bias potential BIAS1.
10 and a P-channel type MOS transistor pair M8 and M9 whose sources are commonly connected to the drain of the transistor M10 (the gate of the transistor M8 is connected to the analog signal ground, and the gate of the transistor M9 is a common mode feedback input). Terminal CMF), an N-channel load MOS transistor M6 having a drain connected to the drain of the transistor M8, and a transistor M9.
Drain MOS, and an N-channel load MOS transistor M7 to which the drain and the gate are connected, and the drain connection node ND6 of the transistors M7 and M9 is connected to the gates of the transistors M1 and M2 of the input differential stage. To be done. The circuit shown in the figure is configured with a minimum number of elements.

【0013】例えば負出力端子NOMと正出力端子NO
Pの同相電圧(端子NOMとNOPの間を抵抗分圧して
得られる電圧)を同相帰還入力端子CMFに入力する
と、同相電圧がアナログ信号グランドよりも低い時はノ
ードND6の電位は高くなり、これに伴いノードND2
とノードND3の電位は低くなり、MOSトランジスタ
M11とM13の駆動能力を小さくして正出力端子NO
Pと負出力端子NOMの電位を上げる様に動作する。逆
に、同相電圧がアナログ信号グランドよりも高い時はノ
ードND6の電位は低くなり、これに伴いノードND2
とノードND3の電位は高くなり、MOSトランジスタ
M11とM13の駆動能力を大きくして正出力端子NO
Pと負出力端子NOMの電位を下げる様に動作する。こ
の様に、差動出力の同相電圧がアナログ信号グランドに
一致するように負帰還がかかり、アナログ信号グランド
を中心にした差動出力を得ることが可能となる。
For example, the negative output terminal NOM and the positive output terminal NO
When the common mode voltage of P (voltage obtained by resistance-dividing between terminals NOM and NOP) is input to the common mode feedback input terminal CMF, the potential of the node ND6 becomes high when the common mode voltage is lower than the analog signal ground. With node ND2
And the potential of the node ND3 becomes low, the drive capability of the MOS transistors M11 and M13 is made small, and the positive output terminal NO
It operates so as to raise the potentials of P and the negative output terminal NOM. On the contrary, when the common-mode voltage is higher than the analog signal ground, the potential of the node ND6 becomes low, and accordingly, the node ND2.
And the potential of the node ND3 becomes high, the drive capability of the MOS transistors M11 and M13 is increased, and the positive output terminal NO
It operates so as to lower the potentials of P and the negative output terminal NOM. In this way, negative feedback is applied so that the in-phase voltage of the differential output matches the analog signal ground, and a differential output centered on the analog signal ground can be obtained.

【0014】図4には図3の回路形式で設計した完全差
動演算増幅回路4の周波数特性のシミュレ−ション結果
が示される。負荷容量が10pFで直流利得は83d
B、利得帯域幅積ftは2.5MHz、位相余裕は59
°となっており、安定な動作が確認できた。
FIG. 4 shows a simulation result of frequency characteristics of the fully differential operational amplifier circuit 4 designed in the circuit form of FIG. Load capacitance is 10pF and DC gain is 83d
B, gain bandwidth product ft is 2.5 MHz, phase margin is 59
The angle was °, and stable operation was confirmed.

【0015】図5には利得が1倍の差動信号化回路6の
出力波形のシミュレ−ション結果が示される。4kHz
の入力正弦波が、アナログ信号グランドである1.7V
を中心とした互いに逆相で振幅が半分の差動出力に変換
されている事がわかる。負出力端子NOMの出力は入力
信号と同相で、正出力端子NOPの出力は入力信号と逆
相である。負出力端子NOMの出力V(NOM)と正出
力端子NOPの出力V(NOP)の差分である差動出力
は出力遅延が0.12μsで、高周波歪(THD:Total
Harmonic Distortion)も−79.8dBで歪が少な
く、大振幅でも13ビット精度程度までのA/D変換器
に適用できることがわかる。
FIG. 5 shows a simulation result of the output waveform of the differential signal conversion circuit 6 having a gain of 1. 4 kHz
Input sine wave is 1.7V which is analog signal ground
It can be seen that they are converted into differential outputs with opposite phases centering on and with half the amplitude. The output of the negative output terminal NOM is in phase with the input signal, and the output of the positive output terminal NOP is in phase with the input signal. The differential output, which is the difference between the output V (NOM) of the negative output terminal NOM and the output V (NOP) of the positive output terminal NOP, has an output delay of 0.12 μs and high frequency distortion (THD: Total).
It can be seen that Harmonic Distortion) has a low distortion of −79.8 dB and can be applied to an A / D converter up to about 13-bit precision even with a large amplitude.

【0016】図6には利得が1倍の差動信号化回路6の
電源雑音除去比(PSRR:PowerSupply Rejection Ra
tio)のシミュレ−ション結果が示される。簡単に言えば
PSRRとは回路の電源の変化率に対する出力の変化率
であり、値が小さいほど電源雑音成分が小さいことを意
味する。正出力端子NOPと負出力端子NOMのPSR
Rは個々に、通常の演算増幅器のPSRR特性を示す
が、負出力端子NOMの出力V(NOM)と正出力端子
NOPの出力V(NOP)の差分である差動出力では互
いに電源雑音成分が相殺されて、非常に高いPSRR特
性となっている。シミュレ−ションではトランジスタな
どのペア性など理想的な状態なため、200dB以上の
数値となっている。実際には、MOS特性バラツキやレ
イアウトの非対称性などに伴う劣化が考えられるが、そ
れでも良好なPSRR特性を期待できる。これは、完全
差動演算増幅回路4の対称性故に実現できる。この様
に、図1の差動信号化回路6では、非常に高いPSRR
特性、言い替えれば良好な耐ノイズ性を実現できること
が分る。
FIG. 6 shows a power supply noise rejection ratio (PSRR) of the differential signal conversion circuit 6 having a gain of 1.
tio) simulation results are shown. Simply speaking, PSRR is the rate of change of the output with respect to the rate of change of the power supply of the circuit, and the smaller the value, the smaller the power supply noise component. PSR of positive output terminal NOP and negative output terminal NOM
R individually shows the PSRR characteristic of a normal operational amplifier, but in the differential output that is the difference between the output V (NOM) of the negative output terminal NOM and the output V (NOP) of the positive output terminal NOP, power supply noise components are mutually generated. These are offset, resulting in a very high PSRR characteristic. In the simulation, since the pairing of transistors and the like is in an ideal state, the numerical value is 200 dB or more. Actually, although deterioration due to variations in MOS characteristics and asymmetry of layout is considered, good PSRR characteristics can still be expected. This can be realized because of the symmetry of the fully differential operational amplifier circuit 4. Thus, the differential signal conversion circuit 6 of FIG. 1 has a very high PSRR.
It can be seen that the characteristics, in other words, good noise resistance can be realized.

【0017】図7にはシングルエンドの演算増幅器を用
いて図1と等価的な差動信号化回路を実現した例が示さ
れる。アナログ入力信号AINを反転型増幅器81で利
得制御した後、ボルテ−ジフォロア回路82と、1倍の
利得の反転増幅器83を用いて差動信号に変換する回路
である。この回路で出力波形をシミュレ−ションした結
果、出力遅延時間が0.17μsで図1の回路と大差な
いが、高調波歪THDは66.1dBで10ビット精度
程度の A/D変換器しか実現できないことがわかる。
FIG. 7 shows an example in which a differential signal conversion circuit equivalent to that in FIG. 1 is realized by using a single-ended operational amplifier. In this circuit, the analog input signal AIN is gain-controlled by an inverting amplifier 81, and then converted into a differential signal by using a voltage follower circuit 82 and an inverting amplifier 83 having a gain of 1. As a result of simulating the output waveform with this circuit, the output delay time is 0.17 μs, which is not much different from the circuit in FIG. 1, but the harmonic distortion THD is 66.1 dB and only an A / D converter with about 10-bit accuracy is realized. I see that I can't.

【0018】図8には図7の回路のPSRR特性のシミ
ュレ−ション結果が示される。初段の利得調整の反転増
幅器81のPSRR特性で全体のPSRR特性が制限さ
れるので、図6の結果と比べて格段に悪い特性になって
いる。即ち、反転増幅器81に現れるノイズ成分は、ボ
ルテージフォロア82と反転増幅器83の出力にはコモ
ンノイズとしては反映されず、その結果としてノイズを
拡大する方向に作用する。
FIG. 8 shows a simulation result of the PSRR characteristic of the circuit of FIG. Since the overall PSRR characteristic is limited by the PSRR characteristic of the inverting amplifier 81 for the first stage gain adjustment, the characteristic is significantly worse than the result of FIG. That is, the noise component appearing in the inverting amplifier 81 is not reflected as the common noise in the outputs of the voltage follower 82 and the inverting amplifier 83, and as a result, it acts in a direction to expand the noise.

【0019】図9は2個のシングルエンドの演算増幅器
を正転増幅回路及び反転増幅回路として用いることによ
って図1と等価的な差動信号化回路を実現した例を示
す。図7の構成に対して入力のゲイン調整用アンプを採
用せず、夫々利得調整した正転増幅回路90と反転増幅
回路91によって、アナログ入力信号AINを差動信号
に変換する回路である。この回路における差動出力端子
NOB,NOCのPSRRの位相特性をシミュレ−ショ
ンした結果が図10に示され、PSRR特性のシミュレ
−ション結果が図11に示される。図11によれば正出
力端子NOBと負出力端子NOCの個別的なPSRR特
性は図8の同様の傾向を採ることがわかる。即ち、正転
増幅回路の出力NOBに関しては、比較的良好なPSR
R特性を示すが、反転増幅回路に関して比較的PSRR
特性が悪くされている。したがって、負出力端子NOC
の出力と正出力端子NOBの出力の差分である差動出力
{(NOC)−(NOB)}では、互いに電源雑音成分が相
殺されず、全体的なPSRR特性は図7の場合と同様に
悪くなっている。換言すれば、反転増幅回路のPSRR
特性によって差動出力の全体的なPSRR特性が決まっ
てしまい、良好な結果を得ることができない。図7〜図
11のシミュレーション結果から言えることは、複数の
演算増幅回路を用いた擬似差動演算増幅回路では、回路
の対称性が得られず、差動出力端子に得られる信号のノ
イズ成分はコモンノイズではあり得ないということであ
る。したがって、シングルエンドの信号を差動化して
も、その後でノイズ成分を充分にキャンセルすることは
できない。
FIG. 9 shows an example in which a differential signal conversion circuit equivalent to that of FIG. 1 is realized by using two single-ended operational amplifiers as a normal amplification circuit and an inverting amplification circuit. It is a circuit that does not employ an input gain adjustment amplifier in the configuration of FIG. 7, but converts the analog input signal AIN into a differential signal by the gain-adjusted non-inverting amplifier circuit 90 and inverting amplifier circuit 91. The result of simulating the phase characteristics of PSRR of the differential output terminals NOB and NOC in this circuit is shown in FIG. 10, and the result of simulating the PSRR characteristics is shown in FIG. It can be seen from FIG. 11 that the individual PSRR characteristics of the positive output terminal NOB and the negative output terminal NOC have the same tendency as in FIG. That is, with respect to the output NOB of the non-inversion amplifier circuit, it has a relatively good PSR.
R characteristics are shown, but PSRR is relatively high for the inverting amplifier circuit.
The characteristics are poor. Therefore, the negative output terminal NOC
In the differential output {(NOC)-(NOB)}, which is the difference between the output of the positive output terminal and the output of the positive output terminal NOB, the power supply noise components are not canceled with each other, and the overall PSRR characteristic is poor as in the case of FIG. Has become. In other words, the PSRR of the inverting amplifier circuit
The overall PSRR characteristic of the differential output is determined by the characteristic, and a good result cannot be obtained. From the simulation results of FIGS. 7 to 11, it can be said that in the pseudo-differential operational amplifier circuit using a plurality of operational amplifier circuits, the circuit symmetry cannot be obtained, and the noise component of the signal obtained at the differential output terminals is This means that it cannot be common noise. Therefore, even if the single-ended signal is differentiated, it is not possible to sufficiently cancel the noise component after that.

【0020】図12には図1の回路で利得が2倍のとき
の出力波形が示される。負出力端子NOMは入力信号と
同相で同じ振幅の信号を出力し、正出力端子NOPは入
力信号と逆相で同じ振幅の信号を出力することになる。
結果として、負出力端子NOMの出力V(NOM)と正
出力端子NOPの出力V(NOP)の差分である差動信
号は入力AINの2倍の信号振幅となり、低電圧動作の
LSIにおいてもノイズフロアのレベルに対し信号振幅
を大きくとることができるので、S/N等の劣化を最小
限に抑えることができる。
FIG. 12 shows an output waveform when the gain of the circuit of FIG. 1 is double. The negative output terminal NOM outputs a signal with the same phase and the same amplitude as the input signal, and the positive output terminal NOP outputs a signal with the same amplitude and the opposite phase as the input signal.
As a result, the differential signal, which is the difference between the output V (NOM) of the negative output terminal NOM and the output V (NOP) of the positive output terminal NOP, has a signal amplitude twice that of the input AIN, and noise is generated even in a low-voltage operation LSI. Since the signal amplitude can be made large with respect to the floor level, deterioration of S / N and the like can be suppressed to a minimum.

【0021】図13には完全差動演算増幅回路4の利得
を可変(ソフトセレクタブル)にした差動信号化回路の
実施例が示される。抵抗列とアナログスイッチで入力端
子への帰還点を選択することで増幅率を変更可能にす
る。即ち、直列抵抗列R2M〜RnMに対してアナログ
スイッチS1M〜SnMの何れか一つを閉じることによ
って入力端子NMへの帰還点を選択できる。同様に、直
列抵抗列R2P〜RnPに対してアナログスイッチS1
P〜SnPの何れか一つを閉じることによって入力端子
NPへの帰還点を選択できる。同図においては抵抗R1
M〜RnMと抵抗R1P〜RnPとの抵抗値は同じであ
る。この回路構成により、利得制御機能を含むA/D変
換器を実現できる。
FIG. 13 shows an embodiment of a differential signal conversion circuit in which the gain of the fully differential operational amplifier circuit 4 is variable (soft selectable). The amplification factor can be changed by selecting the feedback point to the input terminal with the resistor string and analog switch. That is, the feedback point to the input terminal NM can be selected by closing any one of the analog switches S1M to SnM for the series resistance string R2M to RnM. Similarly, the analog switch S1 is connected to the series resistor string R2P to RnP.
The feedback point to the input terminal NP can be selected by closing any one of P to SnP. In the figure, the resistor R1
The resistance values of M to RnM and the resistances R1P to RnP are the same. With this circuit configuration, an A / D converter including a gain control function can be realized.

【0022】図14には、完全差動演算増幅回路4を用
いて、差動信号をシングルエンド信号へ変換する回路例
が示される。正出力端子NOPの出力を同相帰還入力端
子CMFに入力することで、差動信号の逆相の電位(即
ち、出力端子NOPの電位)をアナログ信号グランドに
する様に作用し、結果として負出力端子NOMの出力は
AINPと同相で同じ振幅のシングルエンド出力に変換
できる。負出力端子NOMの出力は図示しないA/D変
換回路でA/D変換されることになる。図15には、本
シングルエンド出力化回路の出力波形のシミュレ−ショ
ン結果が示される。
FIG. 14 shows an example of a circuit for converting a differential signal into a single end signal by using the fully differential operational amplifier circuit 4. By inputting the output of the positive output terminal NOP to the common-mode feedback input terminal CMF, it acts so that the potential of the opposite phase of the differential signal (that is, the potential of the output terminal NOP) becomes the analog signal ground, resulting in a negative output. The output of the terminal NOM can be converted into a single-ended output having the same phase as AINP and the same amplitude. The output of the negative output terminal NOM is A / D converted by an A / D conversion circuit (not shown). FIG. 15 shows the simulation result of the output waveform of the present single-ended output circuit.

【0023】図16には上記実施例のA/D変換器1が
使用されるディジタル/アナログ混載LSIのブロック
図が示される。同図に示されるLSIは、中央処理装置
(CPU)13を中心に、ディジタル・シグナル・プロ
セッサ(DSP)10、ダイレクト・メモリ・アクセス
・コントローラ(DMAC)11、ランダム・アクセス
メモリ等の周辺回路12、入出力回路(I/O)14、
入出力回路の一つとしてのA/D変換器1、及びクロッ
ク発生回路(CPG)15等が単結晶シリコンのような
1個の半導体基板に形成されて成る。同図に示される回
路ブロックは、図示しないアドレスバスやデータバスに
接続され、CPU13などの制御を受けて動作される。
斯るディジタル/アナログ混載LSIにおいて、アナロ
グ回路とディジタル回路は半導体基板を共有するため、
アナログ回路はディジタル回路の動作に伴って発生する
雑音環境の中で動作しなければならない。このようなと
き、大規模な高速ディジタル回路の雑音環境のなかでA
/D変換器として充分な性能を実現するために、本発明
のA/D変換器1が適用されている。
FIG. 16 is a block diagram of a digital / analog mixed LSI in which the A / D converter 1 of the above embodiment is used. The LSI shown in the figure has a central processing unit (CPU) 13, a digital signal processor (DSP) 10, a direct memory access controller (DMAC) 11, a peripheral circuit 12 such as a random access memory. , Input / output circuit (I / O) 14,
The A / D converter 1 as one of the input / output circuits, the clock generation circuit (CPG) 15 and the like are formed on one semiconductor substrate such as single crystal silicon. The circuit block shown in the figure is connected to an address bus and a data bus (not shown), and operates under the control of the CPU 13 and the like.
In such a digital / analog mixed LSI, since the analog circuit and the digital circuit share the semiconductor substrate,
Analog circuits must operate in the noisy environment created by the operation of digital circuits. In such a case, in the noise environment of a large-scale high-speed digital circuit, A
In order to realize sufficient performance as an A / D converter, the A / D converter 1 of the present invention is applied.

【0024】図17には、ディジタルセルラ(移動体無
線用携帯端末機器)のシステムブロック図が示される。
このディジタルセルラは、スピーチCODEC20、チ
ャネルCODEC21、モデム22、中間周波部23、
高周波部24を有し、夫々LSI化されている。スピー
チCODEC20は音声信号をディジタル信号に変換
し、またその逆変換を行う。チャネルCODEC21
は、スピ−チCODECから供給されるディジタル信号
の多重化と、スピ−チCODECへ供給すべきディジタ
ル信号の逆多重化を行う。モデム22は、チャネルCO
DECから供給されるディジタル信号をアナログ信号に
変換し、また、等化器(EQ)26を介して供給される
アナログ信号をディジタル信号に変換する。図17にお
いてAはアナログ信号、Dはディジタル信号を示す。ス
ピーチCODEC20及びモデム22はアナログ信号を
インタフェースするアナログフロントエンド(AFE)
を有している。スピーチCODEC20及びモデム22
には上記実施例に斯るA/D変換器1が採用されてい
る。モデムのアナログフロントエンド(AFE)は中間
周波部23に接続され、ベースバンドと中間周波との間
での変換を行う。例えば、モデム22から出力されるア
ナログ信号を中間周波数信号に変換する。高周波部24
は、中間周波信号を高周波信号に、高周波信号を中間周
波信号に変換して、アンテナ25との間で電波として信
号を入出力するための回路である。スピ−チCODEC
20、チャネルCODEC21、及びモデム22は、
3.3V系の低電圧で動作される。これにより、このL
SIに使用されるA/D変換器等に、本発明のA/D変
換器1を適用することにより、アナログ特性の劣化を小
さく抑えることができ、特に大きな効果を期待できる。
FIG. 17 shows a system block diagram of a digital cellular (mobile terminal device for mobile radio).
This digital cellular includes a speech CODEC 20, a channel CODEC 21, a modem 22, an intermediate frequency section 23,
The high-frequency section 24 is provided, and each is implemented as an LSI. The speech CODEC 20 converts a voice signal into a digital signal and vice versa. Channel CODEC21
Performs multiplexing of digital signals supplied from the speech CODEC and demultiplexing of digital signals to be supplied to the speech CODEC. The modem 22 uses the channel CO
The digital signal supplied from the DEC is converted into an analog signal, and the analog signal supplied through the equalizer (EQ) 26 is converted into a digital signal. In FIG. 17, A indicates an analog signal and D indicates a digital signal. Speech CODEC 20 and modem 22 are analog front ends (AFE) that interface analog signals.
have. Speech CODEC 20 and modem 22
The A / D converter 1 according to the above-described embodiment is adopted in the above. The analog front end (AFE) of the modem is connected to the intermediate frequency section 23 and performs conversion between baseband and intermediate frequency. For example, the analog signal output from the modem 22 is converted into an intermediate frequency signal. High frequency section 24
Is a circuit for converting the intermediate frequency signal into a high frequency signal, converting the high frequency signal into an intermediate frequency signal, and inputting / outputting the signal as a radio wave to / from the antenna 25. Speech CODEC
20, channel CODEC 21, and modem 22
It is operated at a low voltage of 3.3V system. This makes this L
By applying the A / D converter 1 of the present invention to an A / D converter or the like used for SI, deterioration of analog characteristics can be suppressed to a small extent, and a particularly great effect can be expected.

【0025】図18には完全差動演算増幅回路4を用い
た差動A/D変換器に実施例が示される。この差動A/
D変換器は40は、差動入力としてアナログ正入力AI
NP及びアナログ負入力AINMが供給され、これをA
/D変換して差動出力としてのディジタル正出力Dou
tP及びディジタル負出力DoutMを得る。図18の
構成は、入力容量CIP,CIM、比較回路43P,4
3M、ディジタル積分回器42P,42M、及び局部D
/A変換器41P,41Mを、正入力側と負入力側の夫
々が個別的に持ち、アナログ積分回路44に完全差動演
算増幅回路4を適用し、当該アナログ積分回路44を正
入力側の処理と負入力側の処理に共有させる構成を採用
するものである。アナログ積分回路44において積分容
量CSP,CSMは等しく、また分圧抵抗RCPとRC
Mも等しくされる。局部D/A変換器41M,41Pは
容量アレイ(CnM〜C2P,C1M,C1P)と下位
ビット用の抵抗ストリング(Rm〜R1)を用いたスイ
ッチトキャパシタ型の電荷再配分形式で構成される。こ
のように構成された差動A/D変換器40は、図1のA
/D変換回路ADMとADPに置き換えて適用できる。
FIG. 18 shows an embodiment of a differential A / D converter using the fully differential operational amplifier circuit 4. This differential A /
The D converter 40 has an analog positive input AI as a differential input.
NP and analog negative input AINM are supplied and
D / D converted digital positive output as differential output Dou
Obtain tP and the digital negative output DoutM. The configuration of FIG. 18 has the input capacitances CIP and CIM and the comparison circuits 43P and 4P.
3M, digital integrating circuits 42P, 42M, and local D
A / A converters 41P and 41M are individually provided on the positive input side and the negative input side, respectively, and the fully differential operational amplifier circuit 4 is applied to the analog integrator circuit 44, and the analog integrator circuit 44 is connected to the positive input side. It adopts a configuration in which processing and processing on the negative input side are shared. In the analog integration circuit 44, the integration capacitors CSP and CSM are equal, and the voltage dividing resistors RCP and RC are also included.
M is also made equal. The local D / A converters 41M and 41P are constituted by a switched capacitor type charge redistribution type using a capacitor array (CnM to C2P, C1M and C1P) and a resistor string (Rm to R1) for lower bits. The differential A / D converter 40 configured in this way is
It can be applied by replacing the A / D conversion circuits ADM and ADP.

【0026】図19には完全差動演算増幅回路4の差動
段を構成するペアMOSトランジスタなど同一の特性が
要求されるMOSトランジスタのレイアウト例が示され
る。同図には図3のペアMOSトランジスタM3,M4
が代表的に示されており、ND1,ND2,ND3,N
P,NMは図3の符号に対応される。ペアMOSトラン
ジスタM3及びM4は単一の拡散層50に対を成して
(換言すれば近接させて)形成される。さらに、夫々の
トランジスタM3,M4に必要なサイズは、単位サイズ
のトランジスタM3u,M4uを複数個形成することに
よって確保しているが、このとき、単位サイズのトラン
ジスタM3uとM4uは規則的に分散して形成されてい
る。拡散層50に形成されるソース領域はSで示され、
ドレイン領域はDで示される。51はコンタクトCNT
を介してトランジスタM3のドレイン領域Dに結合され
るアルミニウムなどの配線層、52はコンタクトCNT
を介してトランジスタM4のドレイン領域Dに結合され
るアルミニウムなどの配線層、53はコンタクトCNT
を介してトランジスタM3,M4のソース領域Sが共通
接続されるアルミニウムなどの配線層、54はトランジ
スタM4のゲート領域(G)を形成するゲート配線、5
5はトランジスタM3のゲート領域(G)を形成するゲ
ート配線である。このように、ペアMOSトランジスタ
を距離的に近接させると共に、規則的に分散させて配置
することによって、その特性を平均化することができ
る。したがって、このようなレイアウトをその他のペア
MOSトランジスタに適用することによって完全差動演
算増幅回路4などの入力オフセットを低減することがで
きる。
FIG. 19 shows a layout example of MOS transistors which require the same characteristics, such as paired MOS transistors which form the differential stage of the fully differential operational amplifier circuit 4. In the figure, the pair MOS transistors M3 and M4 of FIG.
Are typically shown, and ND1, ND2, ND3, N
P and NM correspond to the symbols in FIG. The pair MOS transistors M3 and M4 are formed in pairs (in other words, in close proximity) to the single diffusion layer 50. Further, the size required for each of the transistors M3 and M4 is secured by forming a plurality of unit size transistors M3u and M4u. At this time, the unit size transistors M3u and M4u are regularly dispersed. Is formed. The source region formed in the diffusion layer 50 is indicated by S,
The drain region is indicated by D. 51 is a contact CNT
A wiring layer made of aluminum or the like, which is coupled to the drain region D of the transistor M3 via a contact CNT.
A wiring layer such as aluminum which is coupled to the drain region D of the transistor M4 via 53;
A wiring layer made of aluminum or the like, to which the source regions S of the transistors M3 and M4 are commonly connected via 54, a gate wiring forming a gate region (G) of the transistor M4, 5
Reference numeral 5 is a gate wiring forming a gate region (G) of the transistor M3. In this way, by arranging the paired MOS transistors close to each other in the distance and arranged regularly, the characteristics can be averaged. Therefore, the input offset of the fully differential operational amplifier circuit 4 and the like can be reduced by applying such a layout to other pair MOS transistors.

【0027】上記実施例によれば以下の作用効果があ
る。 (1)シングルエンドの入力アナログ信号は、差動信号
化回路6によって互いに逆相の差動信号とされる。完全
差動演算増幅回路4によって構成される差動信号化回路
6は、アナログ入力信号に同相の出力信号と逆相の出力
信号夫々に乗るノイズ成分をコモンノイズとする。そし
て、各々の信号がA/D変換回路ADM,ADPでディ
ジタル信号に変換された後、減算されてシングルエンド
のディジタル信号に変換されるが、大規模なディジタル
回路や入出力バッファ回路の発生する基板雑音は、差動
信号化回路6や各A/D変換回路ADM,ADPに同相
で乗る。したがって、そのようなコモンノイズ並びに同
相ノイズ成分は、最後のディジタル減算器5で相殺され
る。その結果、大規模のディジタル回路や入出力バッフ
ァ回路等、多くのノイズ発生源と混載しても、S/N特
性の良好なA/D変換器を実現することができる。 (2)差動信号化回路6は入力抵抗と帰還抵抗との比に
応じて利得が決定される。差動信号化回路6の対応する
入力抵抗と帰還抵抗の比を1:1にすることでアナログ
入力信号に対して出力差動信号の振幅を、アナログ信号
グランドを中心に半分にできる。したがって、例えば入
力アナログ信号のダイナミックレンジが電源電圧一杯で
も、差動化によりダイナミックレンジを電源電圧の半分
にでき、通常の演算増幅器を用いたアナログ信号処理が
可能になって、耐ノイズ性の向上、即ち、良好なS/N
特性を実現できる。 (3)差動信号化回路6の入力抵抗と帰還抵抗の比を
1:2にすることで当該回路2は2倍の利得を持ち、ア
ナログ差動出力信号振幅を入力に対して2倍にでき、し
かもLSI内で取り扱う信号振幅範囲はアナログ信号グ
ランドを中心にして変わらないから、低電圧動作のLS
Iでもアナログ信号のダイナミックレンジを大きくで
き、S/N特性の劣化を改善できる。 (4)図3に示されるように、完全差動演算増幅回路の
同相帰還入力段として、電流源のMOSトランジスタM
10と、一方の入力がアナログ信号グランドに接続さ
れ、他方の入力が同相帰還入力端子とされる相互にソ−
スが結合されたMOSトランジスタのペアM8,M9
と、ゲ−トとドレインが接続された負荷MOSトランジ
スタM6,M7からなる差動段とを有し、同相帰還入力
端子側の出力ノード(ND6)が入力差動段の負荷MO
Sトランジスタ(M2)のゲ−トに接続された構成を採
用することにより、完全差動増幅演算回路4の構成トラ
ンジスタ数を少なくすることができる。 (5)図3に示されるように、完全差動演算増幅回路4
は、負入力端子NMから見た正出力端子NOP側の回路
構成と、正入力端子NPから見た負出力端子NOM側の
回路構成との間に回路構成上の対称性があるので、差動
出力に乗るノイズ成分はコモンノイズとみなすことがで
きる。 (6)完全差動演算増幅回路4に含まれる差動段のペア
を構成するMOSトランジスタに対して、夫々単位サイ
ズのMOSトランジスタを複数個並設することによって
必要なトランジスタサイズを確保するようにし、夫々の
ペアMOSトランジスタを構成する単位サイズのMOS
トランジスタを、距離的に近接させ、且つ、規則的に分
散して、レイアウトする。これにより、完全差動演算増
幅回路4における入力オフセットを低減することができ
る。これは、前記回路の対称性をさらに増す。 (7)図18に示されるように完全差動演算増幅回路4
をアナログ積分回路に利用して一対のA/D変換回路4
0を構成することにより、この部分においても外来雑音
に対する耐性を向上させることができる。 (8)以上により、低電圧動作に対しても、大規模なデ
ィジタル回路と混載するLSIに搭載しても、S/N特
性の劣化を最小にできる差動A/D変換回路を実現する
ことができる。
According to the above embodiment, there are the following effects. (1) The single-ended input analog signals are made into differential signals having opposite phases by the differential signal conversion circuit 6. The differential signal conversion circuit 6 configured by the fully differential operational amplifier circuit 4 uses, as common noise, noise components that are added to the analog input signal and the in-phase output signal and the anti-phase output signal, respectively. Then, each signal is converted into a digital signal by the A / D conversion circuits ADM and ADP, and then subtracted and converted into a single-ended digital signal, which is generated by a large-scale digital circuit or an input / output buffer circuit. Substrate noise is in-phase on the differential signal conversion circuit 6 and the respective A / D conversion circuits ADM and ADP. Therefore, such common noise and common-mode noise components are canceled by the final digital subtractor 5. As a result, it is possible to realize an A / D converter having a good S / N characteristic even if it is mounted together with many noise sources such as a large-scale digital circuit and an input / output buffer circuit. (2) The gain of the differential signal conversion circuit 6 is determined according to the ratio of the input resistance and the feedback resistance. By setting the ratio of the corresponding input resistance and feedback resistance of the differential signal conversion circuit 6 to 1: 1, the amplitude of the output differential signal with respect to the analog input signal can be halved with the analog signal ground as the center. Therefore, for example, even if the dynamic range of the input analog signal is full of the power supply voltage, the dynamic range can be reduced to half of the power supply voltage by differential operation, and analog signal processing using a normal operational amplifier becomes possible, improving noise resistance. That is, good S / N
The characteristics can be realized. (3) By setting the ratio of the input resistance and the feedback resistance of the differential signal conversion circuit 6 to 1: 2, the circuit 2 has a double gain and the analog differential output signal amplitude is doubled with respect to the input. In addition, since the signal amplitude range handled in the LSI does not change centering on the analog signal ground, LS of low voltage operation is possible.
Even with I, the dynamic range of the analog signal can be increased and the deterioration of the S / N characteristic can be improved. (4) As shown in FIG. 3, the MOS transistor M of the current source is used as the common-mode feedback input stage of the fully differential operational amplifier circuit.
10 and one input are connected to the analog signal ground and the other input is a common-mode feedback input terminal.
MOS transistor pair M8, M9 in which
And a differential stage composed of load MOS transistors M6 and M7 whose gates and drains are connected, and the output node (ND6) on the in-phase feedback input terminal side is the load MO of the input differential stage.
By adopting the configuration in which the S-transistor (M2) is connected to the gate, the number of transistors constituting the fully differential amplification arithmetic circuit 4 can be reduced. (5) As shown in FIG. 3, the fully differential operational amplifier circuit 4
Has a symmetry in circuit configuration between the circuit configuration on the positive output terminal NOP side viewed from the negative input terminal NM and the circuit configuration on the negative output terminal NOM side viewed from the positive input terminal NP. The noise component on the output can be regarded as common noise. (6) With respect to the MOS transistors forming the pair of differential stages included in the fully differential operational amplifier circuit 4, a plurality of MOS transistors each having a unit size are arranged in parallel to ensure a required transistor size. , Unit-size MOS that constitutes each pair of MOS transistors
The transistors are laid out in close proximity to each other and regularly distributed. As a result, the input offset in the fully differential operational amplifier circuit 4 can be reduced. This further increases the symmetry of the circuit. (7) Fully differential operational amplifier circuit 4 as shown in FIG.
Is used as an analog integrator circuit to form a pair of A / D conversion circuits 4
By configuring 0, it is possible to improve the resistance to external noise even in this portion. (8) Due to the above, it is possible to realize a differential A / D conversion circuit capable of minimizing deterioration of S / N characteristics even when it is mounted on an LSI that is mixed with a large-scale digital circuit even for low voltage operation. You can

【0028】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定
されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲におい
て種々変更可能であることは言うまでもない。例えば完
全差動演算増幅回路の利得は1倍と2倍に限定されず適
宜決定することができる。本発明は、信号のダイナミッ
クレンジが電源電圧に一致するようなA/D変換回路を
含むマイクロコンピュータ、ディジタル・シグナル・プ
ロセッサのような大規模なディジタル回路に搭載される
A/D変換回路などに広く適用することができる。
Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments, the present invention is not limited thereto, and it goes without saying that various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Yes. For example, the gain of the fully differential operational amplifier circuit is not limited to 1 and 2 and can be determined as appropriate. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is applicable to a microcomputer including an A / D conversion circuit whose signal dynamic range matches a power supply voltage, an A / D conversion circuit mounted in a large-scale digital circuit such as a digital signal processor, and the like. It can be widely applied.

【0029】[0029]

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記
の通りである。
The effects obtained by the typical ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.

【0030】すなわち、完全差動演算増幅回路を用いる
ことで、歪の小さい差動信号化回路を実現できる。即
ち、アナログ入力信号に同相の出力信号と逆相の出力信
号夫々に乗るノイズ成分をコモンノイズとすることがで
きる。この差動のアナログ信号をA/D変換するとき、
周辺の大規模ディジタル回路等による基板雑音等は同相
雑音とされる。したがって、A/D変換された差動ディ
ジタル信号をディジタル減算すると、当該同相ノイズ及
びコモンノイズがキャンセルされる。これにより、S/
N特性の良好なA/D変換器を実現することができる。
さらに、差動信号化回路の利得は自由に選べるから、低
電圧動作の時には利得を大きくとる(差動アナログ信号
振幅を大きくできる)ことにより、S/N特性の劣化を
最小限にすることができる。また、入力アナログ信号の
ダイナミックレンジが電源電圧いっぱいである様なとき
には逆に信号振幅を圧縮することで、演算増幅回路のよ
うな通常のアナログ回路をバッファアンプとして利用で
きるようになる。
That is, by using the fully differential operational amplifier circuit, a differential signal conversion circuit with small distortion can be realized. That is, it is possible to use common noise as a noise component that rides on each of the in-phase output signal and the anti-phase output signal of the analog input signal. When A / D converting this differential analog signal,
Substrate noise and the like due to large-scale digital circuits in the vicinity are regarded as common-mode noise. Therefore, when the A / D-converted differential digital signal is digitally subtracted, the common-mode noise and common noise are canceled. This allows S /
It is possible to realize an A / D converter having good N characteristics.
Further, since the gain of the differential signal conversion circuit can be freely selected, the gain can be increased (the amplitude of the differential analog signal can be increased) at the time of low voltage operation to minimize the deterioration of the S / N characteristic. it can. Further, when the dynamic range of the input analog signal is such that the power supply voltage is full, the signal amplitude is compressed in reverse, so that a normal analog circuit such as an operational amplifier circuit can be used as a buffer amplifier.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係るA/D変換器の一実施例ブロック
図である。
FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of an A / D converter according to the present invention.

【図2】本発明に係るA/D変換器の別の実施例回路図
である。
FIG. 2 is a circuit diagram of another embodiment of the A / D converter according to the present invention.

【図3】図1の差動信号化回路に使用される完全差動演
算増幅回路の一実施例回路図である。
3 is a circuit diagram of an embodiment of a fully differential operational amplifier circuit used in the differential signal conversion circuit of FIG.

【図4】図3の完全差動演算増幅回路の周波数特性図で
ある。
FIG. 4 is a frequency characteristic diagram of the fully differential operational amplifier circuit of FIG.

【図5】図1の差動信号化回路で利得が1倍のときの出
力波形図である。
5 is an output waveform diagram when the gain is 1 in the differential signal conversion circuit of FIG. 1. FIG.

【図6】図1の差動信号化回路のPSRR特性図であ
る。
6 is a PSRR characteristic diagram of the differential signal conversion circuit of FIG.

【図7】シングルエンド演算増幅器を用いた擬似差動演
算増幅回路による差動信号化回路の説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram of a differential signal conversion circuit using a pseudo-differential operational amplifier circuit using a single-ended operational amplifier.

【図8】図7の差動信号化回路のPSRR特性図であ
る。
FIG. 8 is a PSRR characteristic diagram of the differential signal conversion circuit of FIG.

【図9】図9は2個のシングルエンドの演算増幅器を正
転増幅回路及び反転増幅回路として用いることによって
図1と等価的な差動信号化回路を実現した例を示す回路
図である。
FIG. 9 is a circuit diagram showing an example in which a differential signal conversion circuit equivalent to that in FIG. 1 is realized by using two single-ended operational amplifiers as a non-inverting amplifier circuit and an inverting amplifier circuit.

【図10】図9の回路において差動出力端子のPSRR
の位相シミュレ−ション結果の説明図である。
10 is a PSRR of a differential output terminal in the circuit of FIG.
5 is an explanatory diagram of the result of phase simulation of FIG.

【図11】図9の回路におけるPSRR特性のシミュレ
−ション結果を示す説明図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a result of PSRR characteristic simulation in the circuit of FIG. 9;

【図12】図1の差動信号化回路で利得が2倍のときの
出力波形図である。
FIG. 12 is an output waveform diagram when the gain is doubled in the differential signal conversion circuit of FIG. 1.

【図13】利得を可変にした差動信号化回路の実施例回
路図である。
FIG. 13 is a circuit diagram of an embodiment of a differential signal conversion circuit with variable gain.

【図14】シングルエンド出力化回路の実施例説明図で
ある。
FIG. 14 is an explanatory diagram of an embodiment of a single end output conversion circuit.

【図15】図13のシングルエンド出力化回路の出力波
形図である。
15 is an output waveform diagram of the single-ended output circuit of FIG.

【図16】本発明のA/D変換器を使用したアナログデ
ィジタル混載LSIの一例ブロック図である。
FIG. 16 is a block diagram showing an example of an analog-digital mixed LSI using the A / D converter of the present invention.

【図17】ディジタルセルラの一例システムブロック図
である。
FIG. 17 is a system block diagram of an example of digital cellular.

【図18】完全差動演算増幅回路を用いたA/D変換回
路の一実施例回路図である。
FIG. 18 is a circuit diagram of an embodiment of an A / D conversion circuit using a fully differential operational amplifier circuit.

【図19】完全差動演算増幅回路における差動入力段の
ペアMOSトランジスタのレイアウトの一例説明図であ
る。
FIG. 19 is an explanatory diagram showing an example of the layout of paired MOS transistors at the differential input stage in the fully differential operational amplifier circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 A/D変換器 4 完全差動演算増幅回路 NM 負入力端子 NP 正入力端子 NOP 正出力端子 NOM 負出力端子 CMF 同相帰還入力端子 VB アナログ信号グランド 5 減算回路 ADM,ADP A/D変換器 6 差動信号化回路 R1M,R1P 入力抵抗 R2M,R2P 帰還抵抗 8A,8B バッファアンプ 44 アナログ積分回路 1 A / D converter 4 Fully differential operational amplifier circuit NM Negative input terminal NP Positive input terminal NOP Positive output terminal NOM Negative output terminal CMF Common mode feedback input terminal VB Analog signal ground 5 Subtraction circuit ADM, ADP A / D converter 6 Differential signal conversion circuit R1M, R1P Input resistance R2M, R2P Feedback resistance 8A, 8B Buffer amplifier 44 Analog integration circuit

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 完全差動増幅回路を有する差動信号化回
路を備え、 前記完全差動演算増幅回路は、第1入力抵抗手段を介し
てシングルエンドのアナログ信号が供給される負入力端
子と、第2入力抵抗手段を介してアナロググランド電位
が供給される正入力端子と、第1帰還抵抗手段を介して
負入力端子に接続される正出力端子と、第2帰還抵抗手
段を介して前記正入力端子に接続される負出力端子と、
正出力端子と負出力端子の同相電圧に基づいて形成され
る電圧が供給される同相帰還入力端子とを備え、当該同
相帰還入力端子の入力電圧をアナログ信号グランドに近
づけるように、正出力端子と負出力端子間の同相の電圧
を一定に制御して、前記負出力端子にはアナログ入力信
号と同相の信号を出力し、正出力にはそのアナログ信号
と逆相の信号を出力するものであり、 さらに、前記差動信号化回路に含まれる完全差動演算増
幅回路から出力される差動のアナログ信号を夫々入力し
てA/D変換する一対のA/D変換回路と、 前記一対のA/D変換回路の出力ディジタル信号を減算
する減算回路と、 を備えて成るものであることを特徴とするA/D変換
器。
1. A differential signal conversion circuit having a fully differential amplifier circuit, wherein the fully differential operational amplifier circuit has a negative input terminal to which a single-ended analog signal is supplied via a first input resistance means. , A positive input terminal to which the analog ground potential is supplied via the second input resistance means, a positive output terminal connected to the negative input terminal via the first feedback resistance means, and the above-mentioned via the second feedback resistance means. A negative output terminal connected to the positive input terminal,
A positive output terminal and a positive output terminal, which are provided with a common-mode feedback input terminal to which a voltage formed based on the common-mode voltage of the negative output terminal is supplied, and which bring the input voltage of the common-mode feedback input terminal close to the analog signal ground. The voltage of the same phase between the negative output terminals is controlled to be constant, the signal of the same phase as the analog input signal is output to the negative output terminal, and the signal of the opposite phase of the analog signal is output to the positive output. Further, a pair of A / D conversion circuits that respectively input and analog-convert the differential analog signals output from the fully differential operational amplifier circuit included in the differential signal conversion circuit, and the pair of A An A / D converter comprising: a subtraction circuit that subtracts an output digital signal of the / D conversion circuit.
【請求項2】 前記差動信号化回路の第1入力抵抗手段
と第1帰還抵抗手段の抵抗値の比が1:1であり、且
つ、第2入力抵抗手段と第2帰還抵抗手段の抵抗値の比
が1:1であることを特徴とする請求項1記載のA/D
変換器。
2. The ratio of the resistance values of the first input resistance means and the first feedback resistance means of the differential signal conversion circuit is 1: 1 and the resistance of the second input resistance means and the second feedback resistance means. A / D according to claim 1, characterized in that the ratio of the values is 1: 1.
converter.
【請求項3】 前記差動信号化回路の第1入力抵抗手段
と第1帰還抵抗手段の抵抗値の比が1:2であり、且
つ、第2入力抵抗手段と第2帰還抵抗手段の抵抗値の比
が1:2であることを特徴とする請求項1記載のA/D
変換器。
3. The ratio of the resistance values of the first input resistance means and the first feedback resistance means of the differential signal conversion circuit is 1: 2, and the resistance of the second input resistance means and the second feedback resistance means. A / D according to claim 1, characterized in that the ratio of the values is 1: 2.
converter.
【請求項4】 前記一対のA/D変換回路は夫々、容量
アレイの状態に応じた電荷再配分によってディジタル信
号をアナログ信号に変換する局部D/A変換回路と、こ
の局部D/A変換回路の出力信号と入力アナログ入力信
号との差分を積分するアナログ積分回路と、その積分結
果に基づく値を所定のしきい値と比較する比較回路と、
その比較結果に基づいて前記ディジタル信号を形成する
ディジタル回路とを備え、 一対のA/D変換回路の夫々の前記アナログ積分回路は
完全差動演算増幅回路を共有し、当該演算増幅回路は、
差動信号化回路から出力される差動のアナログ信号を入
力する正,負入力端子と、第1積分容量を介して正入力
端子に帰還接続される負出力端子と、第2積分容量を介
して負入力端子に帰還接続される正出力端子と、正出力
端子と負出力端子の同相電圧に基づいて形成される電圧
が供給される同相帰還入力端子とを備え、当該同相帰還
入力端子の入力電圧をアナログ信号グランドに近づける
ように、正出力端子と負出力端子間の同相の電圧を一定
に制御して、前記負出力端子にはアナログ入力信号と同
相の信号を出力し、正出力にはそのアナログ信号と逆相
の信号を出力するものであることを特徴とする請求項1
乃至3の何れか1項記載のA/D変換器。
4. A local D / A conversion circuit for converting a digital signal into an analog signal by charge redistribution according to the state of a capacitance array, and the local D / A conversion circuit. An analog integrator circuit that integrates the difference between the output signal and the input analog input signal, and a comparator circuit that compares the value based on the integration result with a predetermined threshold value,
A digital circuit that forms the digital signal based on the comparison result, wherein the analog integrator circuits of the pair of A / D conversion circuits share a fully differential operational amplifier circuit, and the operational amplifier circuit includes:
Via the positive and negative input terminals for inputting the differential analog signal output from the differential signal conversion circuit, the negative output terminal which is feedback-connected to the positive input terminal via the first integrating capacitor, and the second integrating capacitor. A positive output terminal that is feedback-connected to the negative input terminal and a common-mode feedback input terminal that is supplied with a voltage that is formed based on the common-mode voltage of the positive output terminal and the negative output terminal. The voltage of the in-phase between the positive output terminal and the negative output terminal is controlled to be constant so that the voltage approaches the analog signal ground, the analog input signal and the signal of the same phase are output to the negative output terminal, and the positive output 2. A signal which is out of phase with the analog signal is output.
4. The A / D converter according to any one of items 1 to 3.
【請求項5】 完全差動増幅回路を適用したシングルエ
ンド信号化回路を備え、 前記完全差動演算増幅回路は、第1入力抵抗手段を介し
てアナログ信号が供給される負入力端子と、第2入力抵
抗手段を介して前記アナログ信号とは逆位相のアナログ
信号が供給される正入力端子と、第1帰還抵抗手段を介
して負入力端子に接続される正出力端子と、第2帰還抵
抗手段を介して前記正入力端子に接続される負出力端子
と、正出力端子の電圧が供給される同相帰還入力端子と
を備え、当該同相帰還入力端子の入力電圧をアナログ信
号グランドに近づけるように、正出力端子の電圧を制御
して、正出力端子には前記アナログ信号グランドが出力
され、負出力端子には前記アナログ信号と同相の信号が
出力されるものであり、 さらに、前記シングルエンド信号化回路に含まれる完全
差動演算増幅回路から出力される前記アナログ信号と同
相の信号を入力してA/D変換するA/D変換回路と、 を備えて成るものであることを特徴とするA/D変換
器。
5. A single-ended signal converting circuit to which a fully differential amplifier circuit is applied, wherein the fully differential operational amplifier circuit has a negative input terminal to which an analog signal is supplied via a first input resistance means, and A positive input terminal to which an analog signal opposite in phase to the analog signal is supplied via the two-input resistance means, a positive output terminal connected to the negative input terminal via the first feedback resistance means, and a second feedback resistance. A negative output terminal connected to the positive input terminal via means, and a common-mode feedback input terminal supplied with the voltage of the positive output terminal, so that the input voltage of the common-mode feedback input terminal approaches the analog signal ground. Controlling the voltage of the positive output terminal such that the analog signal ground is output to the positive output terminal and the signal in phase with the analog signal is output to the negative output terminal. And an A / D conversion circuit for A / D converting by inputting a signal in phase with the analog signal output from the fully differential operational amplifier circuit included in the signal conversion circuit. And an A / D converter.
【請求項6】 前記完全差動演算増幅回路は、電流源の
MOSトランジスタと、正負入力端子に対応される相互
にソ−スを結合したMOSトランジスタのペアと、その
MOSトランジスタのペアの負荷MOSトランジスタ
と、から成る入力差動段と、 その入力差動段の出力を増幅して正,負の出力を形成す
るソ−ス接地増幅回路と、 そのソ−ス接地増幅回路の出力と前記入力差動段の出力
との間に直列的に接続される位相補償回路と、 同相帰還の入力差動段と、を備え、 前記同相帰還入力差動段は、電流源のMOSトランジス
タと、一方の入力がアナログ信号グランドに接続され、
他方の入力が同相帰還入力端子とされる相互にソ−スが
結合されたMOSトランジスタのペアと、ゲ−トとドレ
インが接続された負荷MOSトランジスタからなる差動
段を有し、同相帰還入力端子側の出力が入力差動段の負
荷MOSトランジスタのゲ−トに接続されて成るもので
あることを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項記載
のA/D変換器。
6. The fully differential operational amplifier circuit includes a MOS transistor of a current source, a pair of MOS transistors corresponding to positive and negative input terminals and having sources connected to each other, and a load MOS of the pair of MOS transistors. An input differential stage consisting of a transistor, a source ground amplifier circuit for amplifying the output of the input differential stage to form positive and negative outputs, an output of the source ground amplifier circuit and the input A phase compensation circuit connected in series with the output of the differential stage; and an in-phase feedback input differential stage, the in-phase feedback input differential stage including a current source MOS transistor and one of The input is connected to the analog signal ground,
It has a differential stage composed of a pair of MOS transistors whose sources are coupled to each other, the other input being a common mode feedback input terminal, and a load MOS transistor whose gate and drain are connected. 6. The A / D converter according to claim 1, wherein the output on the terminal side is connected to the gate of the load MOS transistor of the input differential stage.
【請求項7】 完全差動演算増幅回路に含まれる差動段
のペアを構成するMOSトランジスタは、夫々単位サイ
ズのMOSトランジスタを複数個並設することによって
必要なトランジスタサイズが確保され、夫々のペアMO
Sトランジスタを構成する単位サイズのMOSトランジ
スタは、距離的に近接され、且つ、規則的に分散され
て、レイアウトされて成るものであることを特徴とする
請求項6記載のA/D変換器。
7. A MOS transistor forming a pair of differential stages included in a fully differential operational amplifier circuit has a required transistor size secured by arranging a plurality of unit size MOS transistors side by side. Pair MO
7. The A / D converter according to claim 6, wherein the unit size MOS transistors forming the S-transistors are arranged close to each other in distance and regularly distributed.
【請求項8】 電流源のMOSトランジスタと、正負入
力端子に対応される相互にソ−スを結合したMOSトラ
ンジスタのペアと、そのMOSトランジスタのペアの負
荷MOSトランジスタと、から成る入力差動段と、 その入力差動段の出力を増幅して正,負の出力を形成す
るソ−ス接地増幅回路と、 そのソ−ス接地増幅回路の出力と前記入力差動段の出力
との間に直列的に接続される容量とMOSトランジスタ
抵抗からなる位相補償回路と、 同相帰還の入力差動段と、を備え、 前記同相帰還入力差動段は、電流源のMOSトランジス
タと、一方の入力がアナログ信号グランドに接続され、
他方の入力が同相帰還入力端子とされる相互にソ−スが
結合されたMOSトランジスタのペアと、ゲ−トとドレ
インが接続された負荷MOSトランジスタからなる差動
段を有し、同相帰還入力端子側の出力が入力差動段の負
荷MOSトランジスタのゲ−トに接続されて成るもので
あることを特徴とする完全差動演算増幅回路。
8. An input differential stage comprising a MOS transistor of a current source, a pair of MOS transistors corresponding to positive and negative input terminals and having sources connected to each other, and a load MOS transistor of the pair of MOS transistors. A source ground amplifier circuit that amplifies the output of the input differential stage to form positive and negative outputs, and between the output of the source ground amplifier circuit and the output of the input differential stage. A phase compensation circuit including a capacitor and a MOS transistor resistance connected in series, and an in-phase feedback input differential stage are provided. The in-phase feedback input differential stage has a current source MOS transistor and one input. Connected to analog signal ground,
It has a differential stage composed of a pair of MOS transistors whose sources are coupled to each other, the other input being a common mode feedback input terminal, and a load MOS transistor whose gate and drain are connected. A fully differential operational amplifier circuit characterized in that the output on the terminal side is connected to the gate of a load MOS transistor in the input differential stage.
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