JPH09214344A - アナログデイジタル変換回路及びデイジタルアナログ変換回路 - Google Patents

アナログデイジタル変換回路及びデイジタルアナログ変換回路

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JPH09214344A
JPH09214344A JP3885796A JP3885796A JPH09214344A JP H09214344 A JPH09214344 A JP H09214344A JP 3885796 A JP3885796 A JP 3885796A JP 3885796 A JP3885796 A JP 3885796A JP H09214344 A JPH09214344 A JP H09214344A
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voltage
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Tatsuyuki Matsuo
辰幸 松尾
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Abstract

(57)【要約】 【課題】容量アレイを構成する重み付け容量の重み付け
精度が劣化すると、上位ビツトの変化点で微分直線性が
悪化していた。 【解決手段】再電荷配分型デイジタルアナログ変換回路
の容量アレイを重み付けることなく、2m 個の単位容量
によつて構成し、当該2m 個の単位容量のそれぞれに抵
抗分圧型デイジタルアナログ変換回路の出力電圧を接続
できるようにする。これにより、各単位容量の相対精度
が悪化して上位1ビツト当たりの入力電圧幅がバラつい
ても下位ビツトがカバーする入力電圧幅を各上位ビツト
の入力電圧幅の変動に応じて変化させることができ、上
位ビツト変化点付近で微分直線性が悪化するおそれのな
いアナログデイジタル変換回路を実現することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【目次】以下の順序で本発明を説明する。 発明の属する技術分野 従来の技術 発明が解決しようとする課題 課題を解決するための手段 発明の実施の形態(図1〜図4) 発明の効果
【0002】
【発明の属する技術分野】本発明は逐次比較型のアナロ
グデイジタル変換回路や電荷再分配型のデイジタルアナ
ログ変換回路に関する。
【0003】
【従来の技術】図5に従来用いられている基本的なAD
変換回路の一例を示す。この図5に示すAD変換回路は
抵抗分圧型逐次比較AD変換回路である。抵抗分圧型逐
次比較AD変換回路は、サンプルホールドしたアナログ
電圧と抵抗分圧により発生した基準電圧とを最上位ビツ
ト(MSB)側から順に比較し、アナログ電圧との差が
最小になる基準電圧を探すことにより、基準電圧に対応
するデイジタルコードを出力するようになされている。
この回路の場合、変換精度は主に基準電圧を発生する分
圧抵抗の精度に依存する。
【0004】また図6に示す電荷再分配型逐次比較AD
変換回路も基本的なAD変換回路の一つとして知られて
いる。この電荷再分配型逐次比較AD変換回路は、抵抗
分圧型逐次比較AD変換回路の抵抗分圧による基準電圧
の発生回路(内蔵DA変換回路)とサンプルホールド回
路とを容量アレイで代用するものである。すなわちこの
電荷再分配型逐次比較AD変換回路は、サンプル時、ス
イツチSWをオンして容量の共通電極の電位VX をチヨ
ツパコンパレータの論理しきい値電圧VTHにチヤージす
る一方、スイツチSW0 〜SWm-1 により他方の全電極
をVinにチヤージする。そしてスイツチSWをオフする
ことによりアナログ電圧に依存した電荷をホールドす
る。
【0005】この電荷のホールドシーケンスが終了する
と、次は変換シーケンスに移る。変換シーケンスでは最
上位ビツト(MSB)から順に判定する。MSB判定時
は最も重み付けられた容量2m-1 CのスイツチSWm-1
をVRT側に接続し、他の容量C、C〜2m-2 CをVR
Bに接続する。これにより全容量の半分がVRTに接続
され、残りの容量がVRBに接続されることになる。こ
のときの共通電極の電位VX は、次式
【数1】 で与えられ、VRT/2とVinとの差がコンパレータに
入力され、比較結果(「1」又は「0」)が判定され
る。
【0006】このとき判定結果が「1」ならスイツチS
Wm-1 をVRTに接続したままとし、判定結果が「0」
ならスイツチSWm-1 をVRBに接続して次のビツト判
定に移る。MSB−1ビツトはMSBと同様にスイツチ
SWm-2 をVRTに接続し、そのときの共通電極の電位
X によつてビツト判定する。なお共通電極の電位VX
は判定済みのビツトも考慮して、次式
【数2】 で表される。
【0007】後は、抵抗分圧型と同様にMSBからLS
Bまで順次ビツト判別し、VX とVTHとの差が最小とな
るスイツチSWの組み合わせを探し、それに対応するデ
イジタルコードを出力する。この一連の処理タイミング
を表したのが図7である。なおこの構成のAD変換回路
の場合、変換精度は主に容量の精度に依存する。ところ
がいずれのAD変換回路の場合でも、多ビツト化しよう
とすると、全体の面積が増大するのを避け得ないという
問題があつた。このため面積を小型のまま多ビツト化で
きるAD変換回路として、図8に示す逐次比較型AD変
換回路が用いられている。この逐次比較型AD変換回路
は、抵抗分圧型DA変換回路と電荷再分配型DA変換回
路とを併用するものである。
【0008】この構成の逐次比較型AD変換回路は上位
mビツトを電荷再分配型DA変換回路で判定した後、上
位mビツトの1LSB分の容量Cに供給するVRTを抵
抗分圧して供給することによりVX を変化させ、下位k
ビツトを判定するようになされている。このとき共通電
極の電位VX は、次式
【数3】 で表すことができ、VX とVTHとの差が最小となるよう
にスイツチSWを制御し、それに対応するデイジタルコ
ードを出力するようになされている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】ところがかかる構成の
逐次比較型AD変換回路は回路面積の小型化には適して
いるが、上位mビツトの判定に用いられる電荷再分配型
DA変換回路の容量アレイに必要な精度はmビツトで済
まず、m+kビツトもの精度が必要となるため多ビツト
化が難しいという問題があつた。これは次の理由によ
る。図9に示すように、AD変換回路の入力電圧−出力
コード特性を考えた場合、上位1ビツト当たりの入力電
圧幅は重み付け容量の容量値によつて決まる。このとき
上位ビツト用容量C〜2m-1 C及び下位ビツト専用容量
C’がm+kビツト精度で正確に重み付けられているの
であれば、図10に示すように、上位ビツトと下位ビツ
トとのつなぎ目が一致し、微分直線性が悪化することは
ない。
【0010】ところが図11に示すように上位ビツト用
容量C〜2m-1 Cの相対的な重み付け精度が悪化する
と、上位1LSB当たりの入力電圧幅にバラツキが生
じ、上位ビツトと下位ビツトとのつなぎ目部分に段差
(すなわち±Δ)が生じて微分直線性が悪化するのを避
け得なかつた。これは下位kビツトで与えられる all
「0」から all「1」までの値がカバーする入力電圧幅
が下位ビツト専用容量C’の大きさにより常に固定であ
るためである。このように厳しい相対精度が求められる
ために従来この種のAD変換回路の多ビツト化は難しか
つた。
【0011】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、単位容量の相対精度が悪化しても微分直線性の劣化
が生じない多ビツト化に適したアナログデイジタル変換
回路及びデイジタルアナログ変換回路を提案しようとす
るものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め本発明においては、電荷再分配型デイジタルアナログ
変換回路の容量アレイを重み付けることなく、2m 個の
単位容量によつて構成し、当該2m 個の単位容量のそれ
ぞれに抵抗分圧型デイジタルアナログ変換回路の出力電
圧を接続できるようにする。これにより各単位容量の相
対精度が悪化して上位1ビツト当たりの入力電圧幅がバ
ラついても、下位ビツトがカバーする入力電圧幅は各上
位ビツトの値に対応する単位容量の入力電圧幅に応じて
変化する。すなわち下位ビツトがカバーする入力電圧幅
と上位ビツトがカバーする入力電圧幅とが一致し、上位
ビツト変化点付近で微分直線性が悪化するおそれをなく
すことができる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下図面に付いて、本発明の一実
施例を詳述する。
【0014】図1に実施例に係る逐次比較型AD変換回
路の構成例を示す。この逐次比較型AD変換回路1は、
上位mビツトをビツト判定するのに用いられる電荷再分
配型DA変換回路2と、下位kビツトをビツト判定する
のに用いられる抵抗分圧型DA変換回路3と、DA変換
回路2及び3で発生された電圧とアナログ電圧Vinとの
差分が所定の論理しきい値より大きいか小さいか判定す
るのに用いられるチヨツパーコンパレータ4と、サンプ
ル時にチヨツパーコンパレータ4の入力電位を論理しき
い値に設定するスイツチ5と、チヨツパーコンパレータ
4の判定結果に基づいてスイツチアレイの接続を制御す
ると共にアナログ電圧に応じたデイジタルコードを出力
する制御回路6とで構成されている。
【0015】この逐次比較型AD変換回路1の特徴は、
電荷再分配型DA変換回路2を構成する容量アレイが2
m 個の単位容量Cによつて構成されていること(すなわ
ちC0 =C1 =……=C2m-1=Cであること)と、容量
アレイの各容量C0 、C1 ……、C2m-1にはスイツチア
レイSW0 、SW1 、……SW2m-1を介して抵抗分圧型
DA変換回路3の出力VRTTが印加し得るようになさ
れている点である。すなわち各容量Ci (i=0、1、
……2m -1)に、上位基準電圧VRT、下位基準電圧V
RB、アナログ電圧Vin及び抵抗分圧型DA変換回路3
の出力VRTTのうちいずれか1つを選択的に印加し得
るようになされている点である。
【0016】このように上位ビツトの判定に用いる容量
アレイに抵抗分圧型DA変換回路3の出力VRTTを印
加できるようにしたことにより、単位容量の相対精度が
悪化して上位1ビツト当たりの入力電圧幅が変動して
も、図2に示すように、下位ビツトの入力電圧幅がこれ
に追従して変化できるようになつている。すなわち図3
に示すように、上位ビツトの変化点付近において発生さ
れる電圧の連続性が確保され、微分直線性が悪化しない
ようになされている。
【0017】以上の構成において、かかる逐次比較型A
D変換回路1による変換動作の様子を説明する。まずサ
ンプル時、スイツチ5がオンされ、容量アレイC0 、C
1 ……、C2m−1の共通電極の電位VX がチヨツパコン
パレータ4の論理しきい値VTHにチヤージされる一方、
他方の全電極がスイツチSW0 〜SW2m-1のスイツチン
グによりアナログ電圧Vinにチヤージされる。なおアナ
ログ電圧Vinのチヤージが終了すると、スイツチ5がオ
フされ、アナログ電圧に依存した電荷がホールドされ
る。
【0018】この電荷のホールドシーケンスが終了する
と、次は上位ビツトの変換シーケンスに移る。上位ビツ
ト変換シーケンスでは、最上位ビツト(MSB)から順
に判定が行われる。まずMSB判定時は、2m 個の単位
容量Cのうち半分の単位容量Cの電極に上位基準電圧V
RTが印加され、残る半分の単位容量Cの電極に下位基
準電圧VRBが印加される。このときの共通電極の電位
X は、次式
【数4】 となり、VRT/2とVinとの差がチヨツパーコンパレ
ータ4に入力され、論理しきい値に対する大小関係
(「1」又は「0」)が判定される。
【0019】ここで判定結果が「1」の場合、制御回路
6から電荷再分配型DA変換回路2を構成するスイツチ
アレイSW0 、SW1 、……SW2m -1に切換信号SW
S が出力され、全容量のうち3/4の個数の容量にVR
Tが印加され、残り1/4の容量にVRBが印加される
ように接続が変更される。すなわち3VRT/4とVin
との差がチヨツパーコンパレータ4に入力され、論理し
きい値に対する大小関係(「1」又は「0」)が判定さ
れる。
【0020】これに対して判定結果が「0」の場合、制
御回路6から電荷再分配型DA変換回路2を構成するス
イツチアレイSW0 、SW1 、……SW2m -1に切換信
号SWS が出力され、全容量のうち1/4の個数の容量
にVRTが印加され、残り3/4の容量にVRBが印加
されるように接続が変更される。これによりVRT/4
とVinとの差がチヨツパーコンパレータ4に入力され、
論理しきい値に対する大小関係(「1」又は「0」)が
判定される。
【0021】以下同様に、チヨツパーコンパレータ4に
おける判定結果に応じてスイツチアレイが切り換え制御
され、次式
【数5】 で表される電位VX の値がVTHに近づくように(すなわ
ち発生される基準電圧とVinとの差が最小となるよう
に)スイツチアレイの切り換え動作が実行される。
【0022】かかる動作により上位ビツトが確定する
と、次は下位ビツトの判定処理に移る。このとき制御回
路6は、上位1LSBだけ、先に確定された上位ビツト
よりも大きいコードを与える単位容量Cに抵抗分圧型D
A変換回路3の出力VRTTを与えるようスイツチアレ
イを切り換え制御する。そして当該単位容量Cに出力V
RTTを印加させることにより、この単位容量Cが発生
する上位1LSBを分圧する基準電圧を発生させるよう
にする。例えば上位ビツトの判定でC0 〜CR がVRT
に接続され、CR+1 〜C2m -1がVRBに接続されてい
た場合、CR+1 に対して抵抗分圧型DA変換回路の出力
VRTTを印加し、この単位容量CR+1 が発生する上位
1LSBを分圧する基準電圧を発生させる。。
【0023】従つて容量アレイC0 、C1 ……、C2m
-1の共通電極には、次式
【数6】 で与えられる電位VX が生じる。すなわちある基準電位
に対して相対的に上位1LSB分だけ高い電圧を与える
単位容量Cの入力電圧幅を線形に分圧する基準電位が下
位ビツトの判定用に発生される。かかる後、上位ビツト
の場合と同様に、制御回路6はこの電位VX の値がVTH
に近づくように(すなわち発生される基準電圧とVinと
の差が最小となるように)スイツチアレイの切り換え動
作が実行される。これにより下位ビツトが確定され、制
御回路6の出力端からアナログ電圧Vinに対応するデイ
ジタルコードDOUT が出力されることになる。
【0024】以上の構成によれば、上位mビツトの基準
電圧を発生する電荷再分配型DA変換回路の容量アレイ
を2m 個の単位容量で構成し、各単位容量に対して下位
ビツトの基準電圧を発生する抵抗分圧型DA変換回路3
の出力VRTTを入力できるようにしたことにより、単
位容量Cの相対精度が悪化しても下位ビツトが発生する
基準電圧がこれに追従して変動するので、上位ビツトの
変化点付近で微分直線性が悪化するおそれのないAD変
換回路を実現することができる。
【0025】なお上述の実施例においては、上位mビツ
トをビツト判定する電荷再分配型DA変換回路2の容量
アレイ及びスイツチアレイとして1列に並べた構成につ
いて述べたが、本発明はこれに限らず、図4に示すよう
にマトリクス状に配列する場合にも適用し得る。なお図
1との対応部分に同一符号を付して示す図4のAD変換
回路の場合、電荷再分配型DA変換回路2は上位4ビツ
トをビツト判定するようになされている。ただしこの場
合には、マトリクス状に配列されたスイツチアレイのス
イツチを切り換え制御するためマトリクスデコーダ(す
なわちカラムデコーダ7A及びローデコーダ7B)が必
要である。
【0026】因にかかる構成のAD変換回路の動作も上
述の実施例の場合と同様であり、上位ビツトのMSBを
判定するときには単位容量C0 〜C7 をVRTに接続
し、残りの単位容量C8 〜C15をVRBに接続すれば良
い。そしてチヨツパーコンパレータ4の判定結果が
「1」の場合には、次の比較タイミングで単位容量C0
〜C11をVRTに接続する一方で、残りの単位容量C12
〜C15をVRBに接続して3VRT/4の電圧を発生す
れば良く、また判定結果が「0」の場合には、次の比較
タイミングで単位容量C0 〜C3 をVRTに接続する一
方で、残りの単位容量C4 〜C15をVRBに接続してV
RT/4の電圧を発生すれば良い。なお、下位ビツトを
ビツト判定する場合には、上位ビツトの判定で単位容量
C0 〜C9 がVRTに接続され、また残る単位容量C10
〜C15がVRBに接続されているのであれば、単位容量
C10に抵抗分圧型DA変換回路3の出力VRTTを供給
することになる。このようにすれば上述の場合と同様の
結果が得られる。
【0027】また上述の実施例においては、電荷再分配
型DA変換回路の容量アレイで発生される基準電圧と入
力アナログ電圧Vinとの差分を論理しきい値VTHと比較
することにより、入力アナログ電圧Vinに対応するデイ
ジタルデータを特定する場合について述べたが、本発明
はこれに限らず、与えられたデイジタルデータに応じた
アナログ電圧を発生するDA変換回路にも応用できる。
すなわち電荷再分配型DA変換回路2のスイツチアレイ
が容量アレイを構成する各単位容量Cに与える入力電圧
を上位基準電圧VRT、下位基準電圧VRB及び抵抗分
圧型DA変換回路3の出力VRTTの3種類とし、容量
アレイの共通電極の電位VX をチヨツパーコンパレータ
4ではなくサンプルホールド回路に入力するようにすれ
ばデイジタルデータに応じた所望のアナログ電圧を発生
することができるDA変換回路を実現することができ
る。
【0028】
【発明の効果】上述のように本発明によれば、上位mビ
ツトのビツト変換に用いられる再電荷配分型デイジタル
アナログ変換回路の容量アレイを重み付けることなく、
m 個の単位容量によつて構成し、当該2m 個の単位容
量のそれぞれに下位kビツトのビツト変換に用いられる
抵抗分圧型デイジタルアナログ変換回路の出力電圧を接
続できるようにしたことにより、各単位容量の相対精度
が悪化して上位1ビツト当たりの入力電圧幅がバラつい
ても下位ビツトがカバーする入力電圧幅も各々上位ビツ
トに合わせて変化させることができ、上位ビツト変化点
付近で微分直線性が悪化するおそれのない多ビツト化に
適したアナログデイジタル変換回路を実現することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるアナログデイジタル変換回路の一
実施例を示すブロツク図である。
【図2】上位ビツトの入力電圧幅の変動に応じて下位ビ
ツトの入力電圧幅が変動する様子を示す略線図である。
【図3】容量アレイの共通電極に発生される基準電圧を
示す折れ線図である。
【図4】上位ビツトとして4ビツトをビツト変換する場
合におけるアナログデイジタル変換回路の一例を示すブ
ロツク図である。
【図5】従来用いられている抵抗分圧型逐次比較アナロ
グデイジタル変換回路の基本構成を示すブロツク図であ
る。
【図6】従来用いられている電荷再分配型逐次比較アナ
ログデイジタル変換回路の基本構を示すブロツク図であ
る。
【図7】図6に示すアナログデイジタル変換回路の動作
説明に供するタイミングチヤートである。
【図8】電荷再分配型デイジタルアナログ変換回路と抵
抗分圧型デイジタルアナログ変換回路とを用いてアナロ
グ信号をデイジタル信号に変換する方式の逐次比較アナ
ログデイジタル変換回路である。
【図9】上位ビツト用の容量の入力電圧幅と下位ビツト
専用の容量の入力電圧幅との関係を示す略線図である。
【図10】容量の相対精度が高い場合における上位ビツ
トの入力電圧幅と下位ビツトの入力電圧幅との関係を示
す略線図である。
【図11】容量の相対精度が劣化した場合における上位
ビツトの入力電圧幅と下位ビツトの入力電圧幅との関係
を示す略線図である。
【符号の説明】
1……逐次比較型AD変換回路、2……電荷再分配型D
A変換回路、3……抵抗分圧型DA変換回路、4……チ
ヨツパーコンパレータ、5……スイツチ、6……制御回
路、7A……カラムデコーダ、7B……ローデコーダ。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電荷再分配型デイジタルアナログ変換回路
    で発生された出力電圧とアナログ電圧と比較して上位m
    ビツトを決定し、かかる後、当該上位mビツトに相当す
    る出力電圧に抵抗分圧型デイジタルアナログ変換回路で
    発生された出力電圧を加算して生成された出力電圧と上
    記アナログ電圧とを比較して下位kビツトを決定するこ
    とにより、上記アナログ電圧をm+kビツトのデイジタ
    ルコードに変換する逐次比較型のアナログデイジタル変
    換回路において、 上記電荷再分配型デイジタルアナログ変換回路の容量ア
    レイは2m 個の単位容量によつて構成されており、当該
    m 個の単位容量はそれぞれ、下位ビツトの判定時に上
    記抵抗分圧型デイジタルアナログ変換回路から出力され
    た出力電圧が供給される対象と成り得ることを特徴とす
    るアナログデイジタル変換回路。
  2. 【請求項2】あるアナログ電圧に対する上位ビツトの判
    定の際、 0番目から2m -1番目まで通し番号が付されて
    いる単位容量に対して昇順に基準電圧としてVRTを供
    給し、上記容量アレイに上位ビツトのLSBからMSB
    に相当する出力電圧を順番に発生させる場合において、
    あるアナログ電圧に対する上位ビツトの判定結果により
    0番目から R番目までの単位容量に基準電圧としてVR
    Tが供給され、残る R+1番目から2m -1番目までの単位
    容量に基準電圧としてVRBが供給されているとき、 下位ビツトの判定時では、 0番目から R番目までの単位
    容量に基準電圧としてVRTを供給し、 R+1番目の単位
    容量に上記抵抗分圧型デイジタルアナログ変換回路にお
    いて発生された基準電圧を供給し、残る R+2番目から2
    m -1番目までの単位容量に基準電圧としてVRBを供給
    することにより下位ビツトの判定に必要な出力電圧を発
    生させることを特徴とする請求項1に記載のアナログデ
    イジタル変換回路。
  3. 【請求項3】再電荷再分配型デイジタルアナログ変換回
    路が発生するデイジタルコードの上位mビツトに対応す
    るアナログ電圧と、抵抗分圧型デイジタルアナログ変換
    回路が発生するデイジタル信号の下位kビツトに対応す
    るアナログ電圧とを加算することにより上記デイジタル
    コードをアナログ電圧に変換するデイジタルアナログ変
    換回路において、 上記電荷再分配型デイジタルアナログ変換回路の容量ア
    レイは2m 個の単位容量によつて構成されており、当該
    m 個の単位容量のそれぞれには上記抵抗分圧型デイジ
    タルアナログ変換回路において発生された基準電圧が供
    給され得るようになされていることを特徴とするデイジ
    タルアナログ変換回路。
  4. 【請求項4】0番目から2m -1番目まで通し番号が付さ
    れている単位容量に対して昇順に基準電圧としてVRT
    を供給し、上記容量アレイに上位ビツトのLSBからM
    SBに相当する出力電圧を順番に発生させる場合におい
    て、デイジタルコードの上位ビツトに基づいて 0番目か
    ら R番目までの単位容量に基準電圧としてVRTが供給
    されるとき、下位ビツトに対応する上記抵抗分圧型デイ
    ジタルアナログ変換回路の出力電圧を R+1番目の単位容
    量に供給し、残る R+2番目から2m -1までの単位容量に
    基準電圧としてVRBを供給することを特徴とする請求
    項3に記載のデイジタルアナログ変換回路。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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