JPH0715337A - 1ビットセル及びアナログ/デジタル変換器 - Google Patents

1ビットセル及びアナログ/デジタル変換器

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JPH0715337A
JPH0715337A JP15326293A JP15326293A JPH0715337A JP H0715337 A JPH0715337 A JP H0715337A JP 15326293 A JP15326293 A JP 15326293A JP 15326293 A JP15326293 A JP 15326293A JP H0715337 A JPH0715337 A JP H0715337A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来に比べ広い電源電圧範囲で動作でき、低
電圧化に適したA/D変換器を提供する。 【構成】 入力電流を流す第1のカレントミラー回路、
該カレントミラー回路と相補関係にあり、基準電流を流
す第2のカレントミラー回路、入力電流と基準電流とを
比較して2種類の大きさの電流を選択的に出力する第3
のカレントミラー回路から構成され電流の減算と比較を
行なう1ビットセル。該1ビットセルを直列にnコ接続
することでnビット分解能のA/D変換器を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、アナログ入力電流をデ
ジタル値に変換するアナログ/デジタル変換器に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】従来、アナログ入力電流をデジタル値に
変換するアナログ/デジタル変換器(A/D変換器)に
は、図4に示したものが知られている。
【0003】(Journal of Solid-State Circuits vol.
25 No.4 p.997〜1004(1990))このA/D変換器は、1
ビットセルを直列に接続した構成で、1ビットセルは図
4に示すように、入力電流を2倍にするカレントミラー
と2倍にした入力電流と基準電流を比較する比較器と、
2倍にした入力電流を入力とする電流ミラー回路と比較
器の出力が“1”であればスイッチを閉じて入力電流か
ら基準電流を減算して出力端子から出力し、比較器の出
力が“0”であればスイッチを開いて出力電流として入
力電流の2倍を出力する。比較器の出力がそのまま1ビ
ットセルの出力ビットとなる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来のA/D変換器で
は、出力電流を求める電流経路において、入力電流の2
倍の電流から基準電流を減算するときに、M6−M9−
M8とトランジスタを3つ流れる。したがって電源電圧
を低下させたときの下限がM6とM8の飽和電圧の和と
M9の電圧降下分できまる。M9の電圧降下分は、M9
のオン抵抗と流れる電流の積できまる。電源電圧を低下
させるとトランジスタのオン抵抗は大きくなっていくの
でM9での電圧降下も大きくなる。
【0005】それによって低電圧化したときの下限が決
まってくる。
【0006】本発明の目的は、低電圧化に適したA/D
変換器を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】課題を解決するための手
段は、以下の3項に存ずる。
【0008】[1]第1の入力端子が電流入力端に接続
され第1及び第2の電流出力端をもつ第1の電流ミラー
回路と、第2の入力端子が電流入力端に接続され、電流
出力端が前記第1の電流ミラー回路の第1の電流出力端
に接続され、前記第1の電流ミラー回路を構成するトラ
ンジスタと異なる導電性のトランジスタで構成された第
2の電流ミラー回路と、前記第1の電流ミラー回路と前
記第2の電流ミラー回路の電流出力端に電流入力端が接
続された第3の電流ミラー回路と、前記第3の電流ミラ
ー回路の電流出力端に電流が流れているか否かを検出す
る検出回路と、電流入力回路を前記第1の電流ミラー回
路の第2の電流出力端に接続された電流入力回路とする
か前記第3の電流ミラー回路の電流入力回路とするかを
切換える手段を備えた第4の電流ミラー回路とから構成
され、前記1ビットセルの第4の電流ミラー回路は、前
記検出回路で電流が検出されれば電流入力回路を前記第
3の電流ミラーの電流入力回路とすると同時に出力ビッ
トとして“1”を出力し、電流が検出されなければ前記
第1の電流ミラー回路の第2の電流出力端に接続された
電流入力回路とすると同時に出力ビットとして“0”を
し、前記第4の電流ミラー回路の電流出力端を1ビット
セルの電流出力端子とすることを特徴とした1ビットセ
ル。
【0009】[2]上記[1]に記載された1ビットセ
ルを、1ビットセルの電流出力端子を次段の1ビットセ
ルの第1の電流入力端に接続して直列に複数個接続し、
初段の1ビットセルの第1の電流入力端子を電流入力端
子とし、初段の第2の入力端子にIr1 の電流を入力
し、2段目以降の第2の入力端子には順次Ir1 の1/
2ずつになる電流を入力し、1ビットセルの電流ミラー
回路は第3の電流ミラー回路以外はすべて電流ゲインを
1とし、初段の出力ビットを最上位ビットとし、2段目
以降の出力ビットを順次上位からのビットとすることを
特徴としたアナログ/デジタル変換器。
【0010】[3]前記[1]に記載された1ビットセ
ルを、1ビットセルの電流出力端子を次段の1ビットセ
ルの第1の入力端子に接続して直列に複数個接続し、す
べての1ビットセルの第2の電流入力端子にはすべて等
しい値の電流を入力し、1ビットセルの第1の電流ミラ
ー回路の電流ゲインは2とし、1ビットセルの第2、第
4の電流ミラー回路の電流ゲインは1とし、初段の出力
ビットを最上位ビットとし、2段目以降の出力ビットを
順次上位からのビットとすることを特徴としたアナログ
/デジタル変換器。
【0011】[4]上記[3]に記載されたアナログ/
デジタル変換器において、1ビットセルの第2の電流ミ
ラー回路の電流入力回路を、すべての1ビットセルで共
通にしたことを特徴とするアナログ/デジタル変換器。
【0012】
【実施例】本発明の実施例について図面を参照して説明
する。
【0013】図1は本発明の第1の実施例の1つであ
る。第1の入力端子1に入力された電流(電流は矢印の
向き)Iin は、第1の電流ミラー回路3で電流利得A
1 ,A1′倍されてそれぞれ出力端5、10に出力され
る。
【0014】一方、第2の入力端子2に入力された電流
Ir1 は第2の電流ミラー回路4でA2 倍されて出力端
5に出力される。
【0015】このときA1in >A2r1 であると、
1in −A2r1 の電流が第3の電流ミラー回路6
に入力される。したがって電流ミラー回路6の出力端に
は電流が流れる。
【0016】ところがA1in <A2 r1 であると電
流ミラー回路4の出力にA2r1の電流を流すことがで
きず出力端5の電位が低下し、電流ミラー回路6には電
流が入力されない。またA1 in =A2 r1のときも
電流ミラー回路3の出力側に流れる電流は電流ミラー回
路4に流れるので電流ミラー回路6には電流が流れな
い。
【0017】電流検出回路7は電流ミラー回路6に電流
が流れているか否かを検出する回路である。具体的な例
としては、図1に示したような抵抗とインバータから構
成される。電流ミラー回路6に電流が流れると電流ミラ
ー回路6の出力端と定電圧源の間に接続された抵抗を電
流が流れるのでインバータの入力電位が下がる。それに
よってインバータの出力bは高レベルすなわち“1”と
なる。ところが電流ミラー回路6に電流が流れないと抵
抗にも電流が流れないのでインバータの入力電位は高レ
ベルのままでインバータの出力bは低レベルすなわち
“0”となる。
【0018】このようにして電流検出回路7の出力b
を、電流ミラー回路6に電流が流れていれば“1”、流
れていなければ“0”とすることができる。また、電流
検出回路7において、抵抗Rの代わりにトランジスタを
用いても同様な機能を実現できるし、またスイッチを挿
入してダイナミックな回路とすることも容易である。こ
の出力bはそのまま1ビットセルの出力ビットとなる。
【0019】電流検出回路7の出力bに応じて電流ミラ
ー回路8の中のスイッチS1 で入力電流回路が切換わ
る。bが“0”のときは電流ミラー回路3の第2の出力
端10に接続された入力電流回路に接続され、bが
“1”のときは電流ミラー回路6の電流入力回路に切換
わる。したがって、bが“0”のときは電流ミラー回路
8の出力電流は電流ゲインA4 とするとA4 (A1 ′I
in )で、bが“1”のときはA4 (A1in −A2
r1 )の電流となる。
【0020】ここで第2に記載された1ビットセルの直
列接続を考える。第2図にその実施例を示す。このとき
電流ミラー回路の電流ゲインはA1 =A1 ′=A2 =A
4 =1である。したがってこの構成では、1ビットセル
の第1の入力端子に入力される電流をI1 、第2の入力
端子に入力される電流をI2 とするとI1 >I2 であれ
ばb=1、出力電流はI1 −I2 、I1 ≦I2 であれば
b=0、出力電流はI1である。n段目のI2 をIrn
すると2段目以降は順次Ir1 の1/2ずつになってい
くので Ir2 =(1/2)Ir1 、Ir3 =(1/2)Ir2
(1/22)Ir1 ,…,Irn =(1/2)Ir(n-1)
(1/2n-1 )Ir1… (1) である。したがって初段目の第1の入力端子に入力され
る電流をIin とするとn段目の入力電流Inは、 In=Iin −b1r1 −b2 r2 −…−bn-1 Irn-1 =Iin −b1 r1 −(1/2)b2r1 −(1/
2)b3r1−…−(1/2n-2 )bn-1r1
(2) となる。ただしb はi段目の1ビットセルの出力ビ
ットである。
【0021】(2) であわらわされる電流In と(1/2
n-1 )Ir1 の大小関係によってbnが決まる。この結
果は、よく知られているように、2Ir1 をフルスケー
ルとし、b1 を最上位ビットとしb2 以下を順次上位か
らのビットとするA/D変換器をあらわす。
【0022】したがって第2で接続する1ビットセルの
数をnとすると分解能がnビットのA/D変換器ができ
る。
【0023】このA/D変換器において、各1ビットセ
ルの構成で正側電源電圧と負側電源電圧との間の電流経
路中の縦積みトランジスタはNMOSFETとPMOS
FETそれぞれ1個ずつであり、従来技術で述べたトラ
ンジスタ3個より少ない。また電流経路の中にスイッチ
を含まないのでオン抵抗によって制限されない。
【0024】したがって本実施例では従来より低電圧化
に適したA/D変換器を提供することができる。
【0025】第3に記載された1ビットセルは、A1
2、A2 =A4 =1である。また第2の電流入力端には
等しい電流を入力する。したがって各セルでは第1の入
力電流をI1 、第2の入力電流をIr とすると 2I1 > Ir であれば b=1 2I1 < Ir であれば b=0 である。したがってn段目のビットセルの第1の入力端
への電流Inは初段の第1の入力電流をIin とすると In=2In-1 −bn-1r =2(2In-2 −bn-2r )−bn -1r =2n-1in −b1n-2r −b2n-3 r −…
−bn-1 r … (3) (3) 式もよく知られているようにフルスケールをIr
したnビットのアナログ/デジタル変換器をあらわす式
である。(2) 式と(3) 式の違いすなわち第2と第3の実
施例の違いは各ビットセルの比較電流を順次1/2にす
る(第2の実施例のA/D変換器)かわりに入力電流を
2倍にする(第3の実施例のA/D変換器)だけであ
る。したがって第3の実施例のA/D変換器を図面に示
すと第3図のようになり、第2図とは1ビットセルの第
2の入力電流が異なる。また1ビットセルの中の電流ゲ
インは実施例で述べたように異なっている。このA/D
変換器も低電圧化に適しているのは第2で述べたA/D
変換器の場合と同様である。第4で記載されたA/D変
換器は、交換原理は第3で記載したA/D変換器と同一
である。ただし、第3で記載したA/D変換器は、各ビ
ットセルの第2の入力端には等しい値の電流を与えてい
た。図1に示すようにビットセルの第2の入力端は、第
2の電流ミラー回路の電流入力端となっている。したが
って各ビットセルの第2の電流ミラー回路の電流入力回
路を共通にしても変換動作にはまったく影響がない。ま
た共通化することで消費電流を減少させることができ
る。
【0026】
【発明の効果】以上述べたように本発明では、低い電源
電圧範囲で動作ができ、また電流モードで動作するため
ノイズに強く、かつ消費電流の低いA/D変換器を提供
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す回路図である。
【図2】本発明の第2の実施例を示す回路図である。
【図3】本発明の第3の実施例を示す回路図である。
【図4】図4は従来技術を示す回路図である。
【符号の説明】
1 第1の電流入力端 2 第2の電流入力端 3 第1の電流ミラー回路 4 第2の電流ミラー回路 5 第1の電流ミラー回路の第1の電流出力端 6 第3の電流ミラー回路 7 電流検出回路 8 第4の電流ミラー回路 9 電流出力端 10 第1の電流ミラー回路の第2の電流出力端 11 出力ビットの出力端

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 カレントミラー回路等から構成され、ア
    ナログ電流をディジタル化する1ビットセルを複数個配
    列して構成されるアナログ/デジタル変換器において、 第1の入力端子が電流入力端に接続され第1及び第2の
    電流出力端をもつ第1の電流ミラー回路と、 第2の入力端子が電流入力端に接続され、電流出力端が
    前記第1の電流ミラー回路の第1の電流出力端に接続さ
    れ、前記第1の電流ミラー回路を構成するトランジスタ
    と異なる導電性のトランジスタで構成された第2の電流
    ミラー回路と、前記第1の電流ミラー回路と前記第2の
    電流ミラー回路の電流出力端に電流入力端が接続された
    第3の電流ミラー回路と、 前記第3の電流ミラー回路の電流出力端に電流が流れて
    いるか否かを検出する検出回路と、 電流入力回路を前記第1の電流ミラー回路の第2の電流
    出力端に接続された電流入力回路とするか前記第3の電
    流ミラー回路の電流入力回路とするかを切換える手段を
    備えた第4の電流ミラー回路とから構成され、 前記1ビットセルの第4の電流ミラー回路は、前記検出
    回路で電流が検出されれば電流入力回路を前記第3の電
    流ミラーの電流入力回路とすると同時に出力ビットとし
    て“1”を出力し、電流が検出されなければ前記第1の
    電流ミラー回路の第2の電流出力端に接続された電流入
    力回路とすると同時に出力ビットとして“0”をし、 前記第4の電流ミラー回路の電流出力端を1ビットセル
    の電流出力端子とすることを特徴とした1ビットセル。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載された1ビットセルを、
    1ビットセルの電流出力端子を次段の1ビットセルの第
    1の電流入力端に接続して直列に複数個接続し、初段の
    1ビットセルの第1の電流入力端子を電流入力端子と
    し、初段の第2の入力端子にIr1 の電流を入力し、2
    段目以降の第2の入力端子には順次Ir1 の1/2ずつ
    になる電流を入力し、1ビットセルの電流ミラー回路は
    第3の電流ミラー回路以外はすべて電流ゲインを1と
    し、初段の出力ビットを最上位ビットとし、2段目以降
    の出力ビットを順次上位からのビットとすることを特徴
    としたアナログ/デジタル変換器。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載された1ビットセルを、
    1ビットセルの電流出力端子を次段の1ビットセルの第
    1の入力端子に接続して直列に複数個接続し、すべての
    1ビットセルの第2の電流入力端子にはすべて等しい値
    の電流を入力し、1ビットセルの第1の電流ミラー回路
    の電流ゲインは2とし、1ビットセルの第2、第4の電
    流ミラー回路の電流ゲインは1とし、初段の出力ビット
    を最上位ビットとし、2段目以降の出力ビットを順次上
    位からのビットとすることを特徴としたアナログ/デジ
    タル変換器。
  4. 【請求項4】 請求項3に記載されたアナログ/デジタ
    ル変換器において、1ビットセルの第2の電流ミラー回
    路の電流入力回路を、すべての1ビットセルで共通にし
    たことを特徴とするアナログ/デジタル変換器。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5866233A (en) * 1995-06-12 1999-02-02 Meiwa Gravure Co., Ltd. Decorative sheet with changeable color or density
US6103345A (en) * 1995-02-12 2000-08-15 Meiwa Gravure Co., Ltd. Decorative sheet with changeable color or density

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6103345A (en) * 1995-02-12 2000-08-15 Meiwa Gravure Co., Ltd. Decorative sheet with changeable color or density
US5866233A (en) * 1995-06-12 1999-02-02 Meiwa Gravure Co., Ltd. Decorative sheet with changeable color or density

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