JPH07106967A - アナログ・デジタル変換器 - Google Patents

アナログ・デジタル変換器

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JPH07106967A
JPH07106967A JP5274986A JP27498693A JPH07106967A JP H07106967 A JPH07106967 A JP H07106967A JP 5274986 A JP5274986 A JP 5274986A JP 27498693 A JP27498693 A JP 27498693A JP H07106967 A JPH07106967 A JP H07106967A
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Takahisa Koyasu
貴久 子安
Mitsuhiro Saito
斎藤  光弘
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NipponDenso Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12Analogue/digital converters
    • H03M1/34Analogue value compared with reference values
    • H03M1/38Analogue value compared with reference values sequentially only, e.g. successive approximation type
    • H03M1/42Sequential comparisons in series-connected stages with no change in value of analogue signal

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】従来と分解能が同等で、よりコンパクトなA/D
変換器を提供する。 【構成】図1は2bit出力の並列型A/D 変換器で、比較器
1の基準電圧V2として、抵抗体R1,R2 でレンジ電圧値Vc
c の1/2 の値とする。比較器1は入力電圧と基準電圧V2
とを比較し、その結果がデジタル出力のMSB(OUT1) とな
る。この出力が比較器2の基準電圧に対する基準電圧切
換え回路に接続され、比較器1の出力に応じたスイッチ
動作をする。そのため、比較器2の基準電圧は、V1もし
くはV3となる。比較器2はこの基準電圧V1もしくはV3
入力電圧とを比較して下位ビット(OUT2)を出力する。こ
の両基準電圧V1,V3 は丁度それぞれ1/4Vcc、3/4Vccとな
るように各抵抗値を設定する。この構成は従来よりも素
子構成が少なくて同等の分解能を有し、集積化が容易で
コスト的にも安価に製造できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、アナログ電圧信号をデ
ジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換器(以下
A/D変換器と記す)に関し、特に、無帰還比較型もし
くは並列型と呼ばれるタイプのA/D変換器に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、A/D変換器としては主に、帰還
比較型もしくは逐次比較型と呼ばれるタイプと無帰還比
較型もしくは並列型と呼ばれるタイプのものがある。こ
のうち並列型は、細かく分割した基準電圧とアナログ電
圧値とを比較して、その結果から出力の全ビット値を一
度に決定するものである。並列型は、全電圧を細かく分
割した基準電圧を用意しておくので反応が早いが、分割
する分だけ判定回路を必要とし、一般に素子数が多い。
図2に従来の2ビット出力の並列型A/D変換器の一例
を示す。これは分解能を4として、4本の抵抗体R1,R
2,R3,R4 を直列に接続し、各々の抵抗間の電圧V1,V
2,V3 を基準電圧とし、3個の比較器21、22、23
を並列に配置して、入力電圧を比較したその出力を論理
回路と組み合わせて2ビット出力を得るものである。2
ビットの出力OUT1とOUT2との真理値表が図2(b) に示し
てある。基準電圧V1,V2,V3 は図2(a) の式に示すよ
うに各抵抗体と電源電圧Vccで決まる。なおこの各値の
VおよびRは、この図2の回路での値である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の並列型のA/D変換器は、高速なデジタル変換値
が得られるけれども、分解能を高くするにつれて、比較
の基準となる分割抵抗体自身の素子数や判定回路が増加
し、かつ分解能の精度が悪くなる問題が生じる。つま
り、素子数が増大するほどA/D変換器のチップ面積が
増大し、また1LSBあたりの電圧が小さくなって、ノ
イズに対するマージンが減ってしまうという問題があ
る。
【0004】従って本発明の目的は、新しい並列型A/
D変換器の構成を提案し、従来の欠点をなくすことにあ
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め本発明の構成は、入力電圧が入力され、該入力電圧の
電圧値を二値のデジタル信号に変換し出力するアナログ
・デジタル変換器において、前記デジタル信号がn(n
≧2の有限整数)ビットの出力を有し、入力電圧の前記
電圧値がそれぞれ入力されたn段の比較器によって、前
記入力電圧を順次前記nビットの上位ビットから各ビッ
ト値を決定して、前記nビット信号が出力される比較回
路と、前記比較回路に、前段比較器の出力によって後段
比較器の基準電圧を切り換える基準電圧切換え回路とを
有することである。また関連発明の構成は、前記基準電
圧を形成する回路が、抵抗を直列に接続した抵抗回路で
あり、該抵抗回路の各接続点に前記基準電圧切換え回路
が接続されていることである。別の関連発明の構成は、
前記抵抗回路が、前記基準電圧切換え回路によって、前
記n段の内のm段目が基準電圧源の電圧値の1/2m
の分解能となる切換えの抵抗値の組合せとなっているこ
とである。さらに別の関連発明の構成は、前記基準電圧
切換え回路が、前記比較器の前段の出力を直接もしくは
反転したゲート信号として後段の比較器の基準電圧を切
り換えるスイッチング素子となっていることである。
【0006】
【作用】本発明のn段の比較器の内、初段の比較器はま
ず、検出範囲(レンジ)の電圧の中間レベルの基準電圧
a を基に入力電圧を判定し、最上位ビットを決定す
る。続いて二段目の比較器では、一段目の出力を基にし
た基準電圧Vb 、Vb'を基にして次の上位ビットの判定
をし、出力する。以下同様に、前段の比較器の出力を基
に、次段の比較器の分割抵抗を切換えて、その段の基準
電圧を判定すべき領域に振り分け、順次下位ビットを決
定していく。最下位ビットが出力されて全ビットが揃っ
て、入力された電圧のデジタル値が得られる。このよう
に、MSBからLSBへ向けてビット値が決まるので、
各段の基準電圧切換えの時間の和がこのA/D変換器の
変換レートを決定する。通常この切換えは高速スイッチ
ング素子で行われるので、実際上瞬時に変換されると見
なすことができ、並列型A/D変換器として扱うことが
できる。
【0007】
【実施例】(第一実施例)以下、本発明を具体的な実施
例に基づいて説明する。本発明による2ビット出力のA
/D変換器を、基本的構成で実現した回路図を図1に示
す。初段の比較器1の基準電圧V2 として、抵抗体
1 、R2 でVccの中間電位を形成する。この電圧値V
2 は、判定しようとする入力電圧を十分カバーするレン
ジ電圧値Vccの1/2の値とする。従って図1のVccは
予め目的に応じた定電圧値に設定される。比較器1は入
力電圧と基準電圧V2 とを比較し、そのHiかLoかの結果
がデジタル出力の最上位ビットMSB(OUT1) となる。また
この出力が、第二の基準電圧に対する基準電圧切換え回
路に、反転して接続されて、スイッチング素子のトラン
ジスタT1 に入力され、比較器1の出力に応じたスイッ
チ動作をする。そのため比較器2の基準電圧は、抵抗体
3 、R4 、R5 で構成されるが、抵抗R5 の電圧降下
分の差がはいり、V1 もしくはV3 となる。比較器2は
この基準電圧V1 もしくはV3 と入力電圧とを比較して
下位ビット(OUT2)を出力する。なおデジタル出力は、出
力を安定させるため、各ビット毎に出力バッファを設け
ている。また各値を示す記号V、Rはこの図1の回路に
おける値である。
【0008】基準電圧V2 は、抵抗R1 、R2 によっ
て、(R2 /(R1+R2))Vccと決まり、抵抗の精度で
分解能が決まる。二段目の基準電圧V1 もしくはV
3 も、前述のように抵抗体R3 、R4 、R5 によって決
まるが、トランジスタT1 (スイッチ30)がオン、即
ち比較器1の出力がLoの時は、抵抗R5 に印加される電
位はトランジスタの順方向電圧降下のVCE(T1)となり、
図1に示すV1 の式のようになる。また、スイッチ30
がオフの時、つまり比較器1の出力がHiの時は比較器2
の基準電圧がV3 で、図1のV3 の式で示される。この
両基準電圧V1 、V3が丁度それぞれ1/4Vcc、3/
4Vccとなるように各抵抗値を設定する。
【0009】比較器1は、丁度レンジ電圧値Vccの半分
の値で判定することになるので、まず大雑把に入力電圧
値のおおよその値としてHiかLoに振り分ける。その結果
によって、その次の分解能として下位ビットがどの位か
を比較器2で判定する。従って、比較器2は比較器1よ
りも、より厳しい判定を必要とする。逆に比較器1は最
下位ビット(LSB) よりもゆるやかな判定で良い。従っ
て、従来と同等の分解能をめざす場合、その高い分解能
はLSB 側でのみ必要とし、上位ビットの判定に用いられ
る比較器に対する分解能はLSB に対するよりも粗い設定
でよいので、製造上の余裕がとれ、コスト的に有利であ
る。
【0010】(第二実施例)図3に、出力が3ビットの
場合の回路図を示す。3ビットの場合の回路構成は、ち
ょうど2ビットの回路をさらに展開して、比較器2の出
力で比較器3の基準電圧を切換えるようトランジスタT
2 、T3 でスイッチングを行う。具体的には、比較器3
の基準電圧を形成する抵抗体はR6 、R7 、R8 、R9
で、トランジスタT2 はR8 、R9 間、トランジスタT
3 はR6 、R7 間に図3に示すように接続される。その
場合のデジタル出力(OUT1〜OUT3)と入力電圧(基準電
圧)の関係を図4に示してある。電圧値の各式は、基準
電圧を形成する各抵抗体によって決まり、この抵抗体の
値によって各基準電圧を決定できる。なお、各値を示す
記号V、Rは図3の回路における値である。またトラン
ジスタT3 がプルアップ側に接続されているのは、抵抗
の組合せが容易であるためで、切換え回路としては、特
にこの図3の場合の回路に限る必要はない。
【0011】(第三実施例)さらにデジタル出力が4ビ
ットの場合の回路図を図5に示す。この各値を示す記号
V、Rも図5の回路における値である。これもやはり3
ビット構成の回路に一段比較器4を増やして、比較器3
の出力で比較器4の基準電圧を切換えて最下位ビットLS
B(OUT4) を出力する。この場合のデジタル出力(OUT1〜
OUT3)と入力電圧(基準電圧)との関係が図6に示して
ある。各基準電圧値の抵抗による計算式は省略してある
が、原理的には他の実施例と同様である。ただし多ビッ
トになるに連れて、基準電圧を形成する抵抗の組合せを
求めることが難しくなり、スイッチング素子の順方向電
圧降下の影響も入ってくるが、抵抗体は回路上でトリミ
ング抵抗もしくは調整抵抗を同時に形成できるので、目
標の基準電圧を得ることは容易である。
【0012】従ってどのようなビット構成になっても、
同様な展開構成で細かく入力電圧を判定できるので、従
来の並列型A/D変換器の構成に比べてより少ない素子
構成で同等の分解能を持つA/D変換器が実現する。因
みに第一実施例では、従来の同等の構成である図2と比
べて、40%の削減率となっている。また、分解能が従
来の1/4から1/2になることから、入力段における
ノイズマージンも倍の値がとれる。
【0013】本発明は以上の説明に限らず、基準電圧の
取り方を均等にしなくてもよい。即ち、求めたい電圧値
領域の近傍のみ分解能を上げる抵抗の組合せも後段に設
定することが可能である。ただしこの場合は、デジタル
出力にもマップを形成する必要がある。
【0014】
【発明の効果】以上のように、本発明による回路構成の
並列型A/D変換器は、従来よりも素子構成が少なくて
同等の分解能を有し、集積化が容易でコスト的にも安価
に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す回路図。
【図2】従来の並列型A/D変換の代表的な回路図。
【図3】本発明の第二実施例の回路図。
【図4】図3の例の動作モードおよび規準電圧値の説明
図。
【図5】本発明の第三実施例の回路図。
【図6】図5の例の動作モードの説明図。
【符号の説明】
1、2、3、4、21、22、23 比較器 30 スイッチ(トランジスタ、基準電圧切換え回路)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力電圧が入力され、該入力電圧の電圧
    値を二値のデジタル信号に変換し出力するアナログ・デ
    ジタル変換器において、 前記デジタル信号がn(n≧2の有限整数)ビットの出
    力を有し、 入力電圧の前記電圧値がそれぞれ入力されたn段の比較
    器によって、前記入力電圧を順次前記nビットの上位ビ
    ットから各ビット値を決定して、前記nビット信号が出
    力される比較回路と、 前記比較回路に、前段比較器の出力によって後段比較器
    の基準電圧を切り換える基準電圧切換え回路とを有する
    ことを特徴とするアナログ・デジタル変換器。
  2. 【請求項2】 前記基準電圧を形成する回路は、抵抗を
    直列に接続した抵抗回路であり、該抵抗回路の各接続点
    に前記基準電圧切換え回路が接続されていることを特徴
    とする請求項1に記載のアナログ・デジタル変換器。
  3. 【請求項3】 前記抵抗回路は、前記基準電圧切換え回
    路によって、前記n段の内のm段目が基準電圧源の電圧
    値の1/2m 倍の分解能となる切換えの抵抗値の組合せ
    であることを特徴とする請求項1または2に記載のアナ
    ログ・デジタル変換器。
  4. 【請求項4】 前記基準電圧切換え回路は、前記比較器
    の前段の出力を直接もしくは反転したゲート信号として
    後段の比較器の基準電圧を切り換えるスイッチング素子
    であることを特徴とする請求項1乃至3いずれかに記載
    のアナログ・デジタル変換器。
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