JPH07170185A - Ａ／ｄ変換器およびａ／ｄ変換器内蔵型マイクロコンピュータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】電源電圧が電位比較器の高速動作に十分な状態
では動作完了後直ちに次の動作へ移行できるようにして
高速処理を可能にし、電源電圧の低下等により電位比較
器の動作速度が低下した場合に、比較動作完了まで次の
動作を保留して正常な変換処理を確保する。 【構成】アナログ入力信号の電位と比較基準信号の電位
との比較結果をインバータゲート１１において増幅した
後に、それぞれ反転電位が電源電位の１／４および３／
４であるインバータゲート１４および１５に入力する。
これらインバータゲート１４，１５の出力の排他的論理
和をとるゲート１６を設ける。このゲート１６の出力信
号を比較動作完了信号として次の動作の開始タイミング
の決定に用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、外部入力信号の電位
を基準電位と比較するＡ／Ｄ変換器およびこのＡ／Ｄ変
換器を内蔵したワンチップマイクロコンピュータに関
し、特に電位比較器における電位比較動作の完了を検出
するようにしたＡ／Ｄ変換器およびＡ／Ｄ変換器内蔵型
マイクロコンピュータに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年可搬型の電子機器の普及に従い、ワ
ンチップマイクロコンピュータを含む電子回路の電源と
して電池を用いるものが増加している。このため、低電
圧を含めた幅広い電源電圧で動作できるワンチップマイ
クロコンピュータおよびこれに内蔵される各種周辺回路
が必要となる。特に、Ａ／Ｄ変換器などのアナログ動作
を行う回路では、動作電圧の変動によって動作可能速度
が大きく変化するため、これらの回路の動作タイミング
を決定するクロック周波数をどの程度に設定するかが大
きな問題となる。例えば、Ａ／Ｄ変換器を構成する図５
に示すチョッパ型電位比較器では、スイッチングトラン
ジスタ２２をオンすることにより、ＣＭＯＳなどで構成
されたインバータ２１の入力と出力とを短絡し、その入
力電圧を反転しきい値に設定しておき、アナログ入力信
号をコンデンサ２３に充電させてから比較基準信号をコ
ンデンサに入力する。そのとき、両入力信号に電位差が
あれば、その電位の変化がコンデンサ２３を通じてイン
バータ２１の入力電圧の変動を生じさせることになり、
それによりインバータ２１の出力を決定し、スイッチ２
４をオンすることで同出力をラッチするようにしてい
る。このような電位比較器を構成する各トランジスタの
動作タイミングを決定するためのシステムクロック周波
数ＣＫ１，ＣＫ２，ＣＫ３は、それぞれ設計時にトラン
ジスタの諸特性に基づいて設定された一定の周波数にさ
れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、トラン
ジスタの特性は電源電圧や外部温度などによる影響を受
けやすく、また電位比較器から出力される２値化信号の
入力を受けるワンチップマイクロコンピュータにもデバ
イス特性に個体差があり、これらの要因によって動作速
度のばらつきを生じる。従って、電位比較器の各部の動
作を決定するシステムクロック周波数を一定の値に設定
すると、電位比較器を常に最高動作速度で動作させるこ
とができなくなり、また、低電圧時などには誤動作を生
じる問題がある。

【０００４】例えば、図５に示したチョッパ型電位比較
器に供給されるクロックＣＫ１〜ＣＫ３が図６に示す状
態であるとすると、今回の比較動作がクロックＣＫ３の
立上りのタイミングＣ１までに終了した場合には、図７
（Ａ）に示すように正常に動作するが、比較動作速度が
低下してタイミングＣ１までに比較動作が完了しなかっ
た場合には、同図（Ｂ）に示すようにインバータ２１の
出力信号が不定となり誤動作を生じる。

【０００５】この発明の目的は、電位比較器の動作速度
に合わせてシステムクロック周波数を変化させることが
できるようにし、動作電圧が充分に高い状態ではＡ／Ｄ
変換を高速で実行することができるとともに、動作電圧
の低下によって動作可能速度も低下した場合には比較動
作が完了するまで次の動作へ移行することがないように
し、誤動作を確実に防止することができるＡ／Ｄ変換器
およびＡ／Ｄ変換器内蔵型マイクロコンピュータを提供
することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明のＡ／Ｄ変換器
は、外部入力信号の電位を基準電位と比較する電位比較
器およびこの電位比較器の動作を制御する制御部を含む
Ａ／Ｄ変換器において、電位比較器における比較動作が
完了したことを検出して前記制御部に比較動作完了信号
を出力する動作完了検出手段を備え、前記制御部が動作
完了検出手段から比較動作完了信号が入力された後に起
動信号を出力する起動信号出力手段を備えたことを特徴
とする。

【０００７】また、前記動作完了検出手段を、前記コン
デンサの出力電位変化を検出するとともに、該出力電位
変化を検出したときに前記電位比較器の比較出力をラッ
チする比較動作完了信号を出力するゲート手段により構
成したものである。

【０００８】また、この発明のＡ／Ｄ変換器内蔵型マイ
クロコンピュータは請求項１または２に記載のＡ／Ｄ変
換器を内蔵したものである。

【０００９】

【作用】この発明のＡ／Ｄ変換器においては、電位比較
器において比較動作が完了すると、動作完了検出手段が
これを検出し、制御部に対して比較動作完了信号を出力
する。制御部は比較動作完了信号が入力されると次の動
作を起動させるための起動信号を起動信号出力手段から
出力する。従って、電位比較器の高速動作が可能な電源
電圧値においては、動作完了後直ちに次の動作に移行
し、Ａ／Ｄ変換が高速処理される。また、電源電圧の低
下等に起因して電位比較器の動作速度が低下した場合に
は、比較動作が完了するまで次の動作が保留されるた
め、Ａ／Ｄ変換処理が正確に実行される。

【００１０】

【実施例】図１は、この発明の実施例であるＡ／Ｄ変換
器内蔵型マイクロコンピュータの構成を示す図である。
ワンチップマイクロコンピュータ１は内部にＡ／Ｄ変換
器２および中央制御装置３を備えている。Ａ／Ｄ変換器
２は、Ａ／Ｄ制御装置４、Ｄ／Ａ変換器５および電位比
較器６によって構成されている。ワンチップマイクロコ
ンピュータ１の中央制御装置３からＡ／Ｄ変換開始命令
信号がＡ／Ｄ変換器２に供給される。Ａ／Ｄ変換器２の
制御装置４はＡ／Ｄ変換開始命令信号を受け取ってＡ／
Ｄ変換処理を開始する。Ａ／Ｄ制御装置４はＤ／Ａ変換
器５と電位比較器６に対してＡ／Ｄ変換開始のトリガと
なるシステムクロックＣＫ１，ＣＫ２を出力する。

【００１１】Ｄ／Ａ変換器５はシステムクロックＣＫ１
をトリガとして電位比較器６に対して基準電位を出力す
る。電位比較器６はシステムクロックＣＫ２をトリガと
して、アナログ入力信号の電位をＤ／Ａ変換器５から入
力された基準電位と比較する。電位比較器６はこの比較
結果を表す比較結果信号とともに比較動作の完了を表す
比較動作完了信号をＡ／Ｄ制御装置４に入力する。Ａ／
Ｄ制御装置４は比較動作完了信号が入力されるのを待っ
て次のシステムクロックＣＫ１，ＣＫ２を出力する。例
えばＡ／Ｄ変換器２が８ビット逐次比較型のＡ／Ｄ変換
器である場合には、以上の比較動作を８回繰り返して実
行することによりＡ／Ｄ変換処理が完了する。

【００１２】図２は、上記Ａ／Ｄ変換器の一部を構成す
る電位比較回路の回路図である。外部入力端子から入力
されるアナログ入力信号およびＤ／Ａ変換器５から出力
された比較基準信号は、それぞれスイッチングトランジ
スタ７，８を介してコンデンサ９に導かれる。このコン
デンサ９にはインバータゲート１１，１３，１７が直列
に接続され、インバータゲート１７から比較結果信号が
出力される。このインバータゲート１１，１３，１７の
反転電位は、電源電位の１／２に設定されている。コン
デンサ９とインバータゲート１１との間は、スイッチン
グトランジスタ１０を介してインバータゲート１３とイ
ンバータゲート１７との間に接続されており、さらにス
イッチングトランジスタ１２を介してインバータゲート
１１とインバータゲート１３との間に接続されている。
スイッチングトランジスタ１０は、後述の比較動作完了
信号でオンし、比較された結果をラッチする。また、ス
イッチングトランジスタ１２はシステムクロックＣＫ１
でオンし、インバータゲート１１の入力レベルを、反転
しきい値、即ち、ここでは電源電圧の１／２に設定す
る。

【００１３】さらに、このインバータゲート１１とイン
バータゲート１３との間はインバータゲート１４，１５
の入力端子に接続されている。インバータゲート１４は
反転電位を電源電圧の１／２より小さい値、例えば電源
電圧の１／４に設定されており、インバータゲート１５
は反転電位を電源電圧の１／２より大きい値、例えば電
源電圧の３／４に設定されている。これらインバータゲ
ート１４，１５の出力端子はイクスクルーシブＮＯＲゲ
ート１６の入力端子に接続されており、このゲート１６
から比較動作完了信号が出力される。

【００１４】図３は、上記電位比較回路を含むワンチッ
プマイクロコンピュータの要部における信号のタイミン
グチャートである。Ａ／Ｄ制御装置４から出力されるシ
ステムクロックＣＫ１がスイッチングトランジスタ７に
入力されるとこれがオンし、期間Ａ１においてコンデン
サ９にアナログ入力信号が与えられる。同時にスイッチ
ングトランジスタ１２がオンし、インバータゲート１１
の入力と出力とが短絡される。このため、インバータゲ
ート１１とインバータゲート１３との間における信号Ｓ
１８は、図４に示すように反転電位（約電源電位×１／
２）で安定する。

【００１５】図３に示す期間Ｂ１においてスイッチング
トランジスタ７，１２がオフし、代わってスイッチング
トランジスタ８がオンすると、Ｄ／Ａ変換器５から出力
された比較基準信号がコンデンサ９に導かれる。このと
き、アナログ入力信号の電位と比較基準信号の電位とに
差がある場合、コンデンサ９において電荷の変動が起こ
るため、コンデンサ９を通じて信号Ｓ１７に電位変動が
生じる。これをインバータゲート１１で増幅することに
より電荷の変動内容が判明し、電位比較結果が得られ
る。この電位比較結果である信号Ｓ１８はインバータゲ
ート１４，１５に入力される。これらインバータゲート
１４，１５のそれぞれの反転電位は、前述のように電源
電位×１／４および電源電位×３／４に設定されている
ため、図４に示すように期間Ａ１ではインバータゲート
１４の出力信号Ｓ１９は“Ｈｉ”となり、インバータゲ
ート１５の出力信号Ｓ２０は“Ｌｏｗ”となり、ゲート
１６から出力される比較動作完了信号は“Ｌｏｗ”とな
って比較動作が完了していないことを示す。

【００１６】比較動作において比較基準電位がアナログ
入力信号の電位より大きい場合、図２中信号Ｓ１７は
“Ｌｏｗ”へと変動する。このため、図４（Ａ）に示す
ように、信号Ｓ１８は電源電位×１／４以下となり、信
号Ｓ１９，Ｓ２０はともに“Ｈｉ”となる。この結果ゲ
ート１６から出力される比較動作完了信号は“Ｈｉ”レ
ベルとなり、比較動作が完了したことを示す（図３のＣ
１）。同時にスイッチングトランジスタ１０がオンし、
判定結果をラッチして次の比較動作まで待機する。

【００１７】比較基準信号の電位が、アナログ入力信号
の電位より小さい場合、図２の信号Ｓ１７は“Ｈｉ”へ
と変動する。このため、図４（Ｂ）に示すように、信号
Ｓ１８は電源電位×３／４以上となり、信号Ｓ１９，Ｓ
２０はともに“Ｌｏｗ”となる。これによってゲート１
６から出力される比較動作完了信号は“Ｈｉ”レベルと
なって比較動作が完了したことを示す（図３−Ｃ１）。
同時にスイッチングトランジスタ１０がオンし、判定結
果をラッチする。以上の動作を繰り返し行い、Ａ／Ｄ変
換値が求められる。

【００１８】以上の比較動作において、電源電圧が正常
な値であり、電位比較器６が高速動作できる状態であれ
ば、図３中の時間Ｃ１〜Ｃ３に示すタイミングで比較動
作完了信号が順次出力され、アナログ入力信号の電位と
比較基準信号の電位との比較処理が高速で実行されるこ
とになる。また、電源電圧が低下し、電位比較器６の動
作速度が低下すると、図３中の時間Ｂ５から時間Ｃ５ま
での間において比較動作完了信号が出力されず、この間
において次の比較動作の開始が待機される。したがっ
て、常にその時の電源電圧等の状態における電位比較器
６の最大の処理速度で比較動作が実行され、正確な比較
結果を得ることができる。

【００１９】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、Ａ／
Ｄ変換器において電位比較動作が完了すると、これを知
らせる信号が発生し、次の動作へ移行するため、電位比
較器の高速動作が可能な電源電圧においては、動作完了
後直ちに次の動作への移行が可能となってＡ／Ｄ変換処
理を高速で実行することができる。また、電位比較器の
動作速度が低下した場合、比較動作完了まで次の動作を
保留することができるためＡ／Ｄ変換処理を正確に行う
ことができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例であるＡ／Ｄ変換器を内蔵し
たワンチップマイコンの構成を示すブロック図である。

【図２】同ワンチップマイコンに設けられる電位比較器
の回路構成を示す図である。

【図３】同電位比較器におけるタイミングチャートであ
る。

【図４】同電位比較器における信号状態図である。

【図５】従来のワンチップマイコンのＡ／Ｄ変換器に使
用されるチョッパ型電位比較器の回路構成を示す図であ
る。

【図６】従来の回路におけるタイミングチャートであ
る。

【図７】同従来の回路における信号状態図である。

【符号の説明】

１−マンチップマイクロコンピュータ ２−Ａ／Ｄ変換器 ３−中央制御装置 ４−Ａ／Ｄ制御装置 ５−Ｄ／Ａ変換器 ６−電位比較器 ７，８，１０，１２−スイッチングトランジスタ ９−コンデンサ １１，１３，１４，１５，１７−インバータゲート １６−イクスクルーシブＮＯＲゲート

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外部入力信号の電位と基準電位との差をコ
   ンデンサ出力から取り出して比較する電位比較器および
   この電位比較器の動作を制御する制御部を含むＡ／Ｄ変
   換器において、 電位比較器における比較動作が完了したことを検出して
   前記制御部に比較動作完了信号を出力する動作完了検出
   手段を備え、前記制御部が動作完了検出手段から比較動
   作完了信号が入力した後に起動信号を出力する起動信号
   出力手段を備えたことを特徴とするＡ／Ｄ変換器。
2. 【請求項２】前記動作完了検出手段が、前記コンデンサ
   の出力電位変化を検出するとともに、該出力電位変化を
   検出したときに前記電位比較器の比較出力をラッチする
   比較動作完了信号を出力するゲート手段である請求項１
   に記載のＡ／Ｄ変換器。
3. 【請求項３】請求項１または２に記載のＡ／Ｄ変換器を
   内蔵したことを特徴とするＡ／Ｄ変換器内蔵型マイクロ
   コンピュータ。