JPH10322210A - A/d converting circuit - Google Patents

A/d converting circuit

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JPH10322210A
JPH10322210A JP13911197A JP13911197A JPH10322210A JP H10322210 A JPH10322210 A JP H10322210A JP 13911197 A JP13911197 A JP 13911197A JP 13911197 A JP13911197 A JP 13911197A JP H10322210 A JPH10322210 A JP H10322210A
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JP
Japan
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output
circuit
voltage
input
threshold
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Application number
JP13911197A
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Japanese (ja)
Inventor
Kokuriyou Kotobuki
国梁 寿
Kazunori Motohashi
一則 本橋
Giyouriyou Hata
暁凌 秦
Ei Chin
潁 陳
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Yozan Inc
Original Assignee
Yozan Inc
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Publication date
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  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To allow the A/D converter circuit consisting of a voltage mode circuit to convert an externally received voltage between an input lower limit voltage and an input upper limit voltage into digital data in a prescribed bit number and to prevent an unstable operation. SOLUTION: A threshold level circuit (Th3-Th0) corresponds to each bit of a digital signal and consists of a weighting circuit comprising a capacitor connection, an inverter (INV31-01), a bistable circuit (B3-0) consisting of a series circuit of inverters having a different threshold level, and an output inverter (INV34-04) In each threshold level circuit, an analog input voltage Vin, the input upper limit voltage LEVEL1, the input lower limit voltage LEVEL2, and the LEVEL1 or 2 selected by an output of the threshold level corresponding to high-order bits are summed with a prescribed weight. Since an output of the higher order threshold level circuit is given to a lower order threshold level circuit via a bistable circuit, the operation of the A/D converter is made stable.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、アナログデジタル
変換回路、特に電圧モード回路により構成したアナログ
デジタル変換回路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an analog-to-digital converter, and more particularly to an analog-to-digital converter comprising a voltage mode circuit.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、アナログデジタル変換回路(A/
D変換回路)として、直列抵抗による分圧器を用いた回
路が広く使用されている。しかしながら、このようなA
/D変換回路は、常に電流が流れるため消費電力が大き
くなるという問題点を有している。
2. Description of the Related Art Conventionally, an analog / digital conversion circuit (A /
As a D conversion circuit, a circuit using a voltage divider using a series resistor is widely used. However, such an A
The / D conversion circuit has a problem that power consumption increases because current always flows.

【0003】そこで、本出願人らは、電圧モード回路に
より構成されたA/D変換回路を提案している(特願平
07−263574号)。このA/D変換回路は、複数
個のしきい値回路を並列に設け、該複数個のしきい値回
路にアナログ入力電圧を印加するとともに、上位ビット
相当側のしきい値回路の出力を下位ビット側のしきい値
回路に所定の重みをもって入力するように接続したもの
であり、高い精度を有するとともに、低消費電力を実現
することができるものである。
[0003] The applicants have proposed an A / D conversion circuit constituted by a voltage mode circuit (Japanese Patent Application No. 07-263574). In this A / D converter circuit, a plurality of threshold circuits are provided in parallel, an analog input voltage is applied to the plurality of threshold circuits, and the output of the threshold circuit on the side corresponding to the upper bit is lower. It is connected so as to be input with a predetermined weight to a threshold circuit on the bit side, and has high accuracy and can realize low power consumption.

【0004】図6は、この提案されているA/D変換回
路の第1の例(量子化回路)の構成を示すブロック図で
ある。このA/D変換回路は、入力電圧を任意のビット
数のデジタルデータに変換することが可能であるが、こ
こでは、4ビットのデジタルデータに変換する場合を例
にとって説明する。この図に示すように、この場合に
は、出力デジタルデータの各ビットに対応した4個のし
きい値回路Th3〜Th0が設けられている。図示する
ように、各しきい値回路Th3〜Th0には、それぞ
れ、複数個のキャパシタンスからなる容量結合と4個の
MOSインバータINVi1〜i4(i=0〜3)が設
けられている。そして、各しきい値回路Th3〜Th0
の初段のMOSインバータINVi1(i=0〜3)
は、それぞれ電源電圧をVddとしたとき、電圧Vdd
/2をしきい値とし、入力電圧がVdd/2よりも小さ
いときはVddを出力し、入力電圧がVdd/2以上の
時は接地電圧GND(0)を出力するように動作するも
のとされている。
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a first example (quantization circuit) of the proposed A / D conversion circuit. The A / D conversion circuit can convert an input voltage into digital data of an arbitrary number of bits. Here, a case of converting the input voltage into 4-bit digital data will be described as an example. As shown in this figure, in this case, four threshold circuits Th3 to Th0 corresponding to each bit of the output digital data are provided. As shown in the figure, each of the threshold circuits Th3 to Th0 is provided with a capacitive coupling composed of a plurality of capacitances and four MOS inverters INVi1 to iVi (i = 0 to 3). Each of the threshold circuits Th3 to Th0
First stage MOS inverter INVi1 (i = 0-3)
Is the voltage Vdd when the power supply voltage is Vdd, respectively.
/ 2 is set as a threshold value, and when the input voltage is smaller than Vdd / 2, it outputs Vdd, and when the input voltage is Vdd / 2 or more, it operates to output the ground voltage GND (0). ing.

【0005】なお、各しきい値回路にはそれぞれ4個の
MOSインバータが直列に設けられているが、原理的に
は、容量結合の出力電圧が所定のしきい値よりも大きい
電圧であることを検出するための第1段目のMOSイン
バータと該第1段目のMOSインバータの出力を反転し
て出力データとする最終段のMOSインバータを設ける
のみでよく、ここで、最終段のMOSインバータの前に
3段直列にMOSインバータを設けたのは、インバータ
を多段化して反転速度を向上し、高速変換を実現するた
めである。
[0005] Each threshold circuit is provided with four MOS inverters in series. In principle, however, the output voltage of the capacitive coupling is a voltage higher than a predetermined threshold. , And a final-stage MOS inverter for inverting the output of the first-stage MOS inverter to output data by inverting the output of the first-stage MOS inverter. The reason why MOS inverters are provided in series in three stages before is to increase the number of inverters to increase the inversion speed and realize high-speed conversion.

【0006】また、前記しきい値回路Th3〜Th0か
らは、それぞれ、出力電圧Vb3〜Vb0が出力され、
また、第3段目のインバータINVi3から中間出力V
b3’〜Vb0’が出力されるようになされている。さ
らに、AINはアナログ電圧入力端子であり、Vddは
電源電圧、GNDは接地電圧である。
Output voltages Vb3 to Vb0 are output from the threshold circuits Th3 to Th0, respectively.
Further, the intermediate output V is output from the third-stage inverter INVi3.
b3 ′ to Vb0 ′ are output. Further, AIN is an analog voltage input terminal, Vdd is a power supply voltage, and GND is a ground voltage.

【0007】前記第3ビット(この場合における最上位
ビット)に対応するしきい値回路Th3は、入力キャパ
シタンスC31、C32およびC33を有する容量結合
により構成された重み付け回路および該重み付け回路の
出力が入力される直列に接続された4段のMOSインバ
ータINV31〜INV34を有しており、前記入力キ
ャパシタンスC31には前記アナログ電圧入力端子AI
Nからの入力電圧Vinが、前記入力キャパシタンスC
32には前記電源電圧Vddが、および、前記入力キャ
パシタンスC33には前記接地電圧GNDがそれぞれ入
力されている。後述するように、これらの入力電圧は、
前記容量結合により所定の重みをつけて加算される。
A threshold circuit Th3 corresponding to the third bit (the most significant bit in this case) has a weighting circuit constituted by capacitive coupling having input capacitances C31, C32 and C33, and an output of the weighting circuit. And four stages of MOS inverters INV31 to INV34 connected in series, and the input capacitance C31 is connected to the analog voltage input terminal AI.
N from the input capacitance C
The power supply voltage Vdd is input to 32, and the ground voltage GND is input to the input capacitance C33. As described below, these input voltages are
The addition is performed with a predetermined weight given by the capacitive coupling.

【0008】前記第2ビットに対応するしきい値回路T
h2は、入力キャパシタンスC21、C22、C23お
よびC24を有する容量結合により構成された重み付け
回路および直列に接続された4段のMOSインバータI
NV21〜INV24を有しており、入力キャパシタン
スC21には前記アナログ入力電圧Vin、入力キャパ
シタンスC22には前記電源電圧Vdd、入力キャパシ
タンスC23には前記接地電圧GNDがそれぞれ入力さ
れている。また、入力キャパシタンスC24には、前記
しきい値回路Th3の第3段目のインバータINV33
の出力Vb3’が入力されている。
The threshold circuit T corresponding to the second bit
h2 is a weighting circuit constituted by capacitive coupling having input capacitances C21, C22, C23 and C24 and a four-stage MOS inverter I connected in series.
The analog input voltage Vin is input to an input capacitance C21, the power supply voltage Vdd is input to an input capacitance C22, and the ground voltage GND is input to an input capacitance C23. The input capacitance C24 is connected to the third-stage inverter INV33 of the threshold circuit Th3.
Output Vb3 ′ is input.

【0009】前記第1ビットに対応するしきい値回路T
h1は、入力キャパシタンスC11、C12、C13、
C14およびC15を有する容量結合により構成された
重み付け回路および直列に接続された4段のインバータ
INV11〜INV14を有しており、入力キャパシタ
ンスC11には前記アナログ入力電圧Vin、入力キャ
パシタンスC12には前記電源電圧Vdd、入力キャパ
シタンスC13には前記接地電圧GNDがそれぞれ入力
されている。また、入力キャパシタンスC15には前記
しきい値回路Th3の第3段目のインバータINV33
の出力Vb3’が入力され、入力キャパシタンスC14
には前記しきい値回路Th2のインバータINV23の
出力Vb2’が入力されている。
The threshold circuit T corresponding to the first bit
h1 is the input capacitance C11, C12, C13,
It has a weighting circuit constituted by capacitive coupling having C14 and C15, and four stages of inverters INV11 to INV14 connected in series, the input capacitance C11 being the analog input voltage Vin, and the input capacitance C12 being the power supply. The ground voltage GND is input to the voltage Vdd and the input capacitance C13. The input capacitance C15 is connected to the third-stage inverter INV33 of the threshold circuit Th3.
Output Vb3 'is input and the input capacitance C14
Is supplied with the output Vb2 'of the inverter INV23 of the threshold circuit Th2.

【0010】前記最下位ビットに対応するしきい値回路
Th0は、入力キャパシタンスC01、C02、C0
3、C04、C05およびC06を有する容量結合によ
り構成された重み付け回路および直列に接続された4段
のインバータINV01〜INV04を有しており、入
力キャパシタンスC01には前記アナログ入力電圧Vi
n、入力キャパシタンスC02には前記電源電圧Vd
d、入力キャパシタンスC03には前記接地電圧GND
がそれぞれ入力されている。また、前記入力キャパシタ
ンスC06には前記しきい値回路Th3の第3段目のイ
ンバータINV33の出力Vb3’、入力キャパシタン
スC05には前記しきい値回路Th2の第3段目のイン
バータINV23の出力Vb2’、入力キャパシタンス
C04には前記しきい値回路Th1の第3番目のインバ
ータINV13の出力Vb1’が入力されている。
The threshold circuit Th0 corresponding to the least significant bit includes input capacitances C01, C02, C0.
3, a weighting circuit constituted by capacitive coupling having C04, C05 and C06, and four stages of inverters INV01 to INV04 connected in series, and the input capacitance C01 has the analog input voltage Vi.
n, and the input capacitance C02 is the power supply voltage Vd.
d, the input capacitance C03 is connected to the ground voltage GND.
Are entered. The input capacitance C06 has the output Vb3 'of the third-stage inverter INV33 of the threshold circuit Th3, and the input capacitance C05 has the output Vb2' of the third-stage inverter INV23 of the threshold circuit Th2. The output Vb1 'of the third inverter INV13 of the threshold circuit Th1 is input to the input capacitance C04.

【0011】なお、前記各容量結合における入力キャパ
シタンスC31〜C33、C21〜C24、C11〜C
15およびC01〜C06の容量比は、図7に示す図表
のように設定されている。ここで、Cuは単位容量であ
る。前記最下位ビットに対応するしきい値回路Th0を
例にとれば、前記電源電圧Vddおよび前記接地電圧G
NDに対する容量が1、1ビット上位のしきい値回路T
h1の中間出力Vb1’に対応する容量が2、2ビット
上位のしきい値回路Th2の中間出力Vb2’に対応す
る容量が4(=22)、3ビット上位のしきい値回路T
h3の中間出力Vb3’に対応する容量が8(=
3)、前記アナログ入力電圧Vinに対応する容量が
16(=24)とされている。このように、各容量結合
により構成された重み付け回路においては、入力キャパ
シタンスの容量比に応じ、上位のしきい値回路の中間出
力および前記アナログ入力電圧がそれぞれ2のべき乗に
対応する重みをもって加算されることとなる。
Note that the input capacitances C31 to C33, C21 to C24, C11 to C in the respective capacitive couplings.
The capacity ratio of C15 to C06 is set as shown in the table of FIG. Here, Cu is a unit capacity. Taking the threshold circuit Th0 corresponding to the least significant bit as an example, the power supply voltage Vdd and the ground voltage G
The threshold circuit T having a capacity for ND of 1 or 1 bit higher
The capacity corresponding to the intermediate output Vb1 'of h1 is 2, the capacity corresponding to the intermediate output Vb2' of the 2-bit higher threshold circuit Th2 is 4 (= 2 2 ), and the 3-bit upper threshold circuit T is
The capacity corresponding to the intermediate output Vb3 ′ of h3 is 8 (=
2 3 ), the capacitance corresponding to the analog input voltage Vin is 16 (= 2 4 ). As described above, in the weighting circuit constituted by the respective capacitive couplings, the intermediate output of the upper threshold circuit and the analog input voltage are added with a weight corresponding to a power of 2 in accordance with the capacitance ratio of the input capacitance. The Rukoto.

【0012】図8を参照して、この容量結合の出力電圧
について説明する。図8は容量結合の一例を示す図であ
り、ここではC1〜C5の5個の入力キャパシタンスが
設けられており、初期状態において、各入力キャパシタ
ンスC1〜C5に蓄積されている電荷が0であるとす
る。入力キャパシタンスC1〜C5にそれぞれ入力電圧
V1〜V5を印加しても、出力端子を基準としてみたと
きの各キャパシタンスに蓄積される電荷の総量は0であ
るため、次の式(1)が成立する。ここで、Voは出力
端子の出力電圧である。
The output voltage of this capacitive coupling will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a diagram showing an example of capacitive coupling. Here, five input capacitances C1 to C5 are provided, and the electric charge stored in each of the input capacitances C1 to C5 is 0 in an initial state. And Even when the input voltages V1 to V5 are respectively applied to the input capacitances C1 to C5, the total amount of electric charge accumulated in each of the capacitances with respect to the output terminal is 0, so that the following equation (1) holds. . Here, Vo is the output voltage of the output terminal.

【数1】 (Equation 1)

【0013】したがって、出力電圧Voは、次の式
(2)のようになる。
Therefore, the output voltage Vo is expressed by the following equation (2).

【数2】 このように、容量結合の出力電圧は、各入力電圧をその
入力キャパシタンスの容量に対応する重みを付加して加
算した値となる。
(Equation 2) As described above, the output voltage of the capacitive coupling is a value obtained by adding each input voltage by adding a weight corresponding to the capacitance of the input capacitance.

【0014】前記図7に示したように、前記しきい値回
路Th3においては、入力キャパシタンスC31〜C3
3の容量比がC31:C32:C33=16:8:8と
なっている。したがって、この容量結合の出力電圧V3
は、次の式(3)に示すようになる。
As shown in FIG. 7, in the threshold circuit Th3, the input capacitances C31 to C3
The capacity ratio of No. 3 is C31: C32: C33 = 16: 8: 8. Therefore, the output voltage V3 of this capacitive coupling
Is as shown in the following equation (3).

【数3】 (Equation 3)

【0015】これより、アナログ入力電圧Vinが、V
in=(1/2)Vddのとき、V3がインバータIN
V31のしきい値電圧Vth3=(1/2)Vddとな
る。したがって、0≦Vin<(1/2)Vddのと
き、MOSインバータINV31の出力、すなわち、中
間出力Vb3’はVddとなり、インバータINV34
の出力Vb3は0となる。また、(1/2)Vdd≦V
in<Vddのとき、インバータINV31は反転し、
中間出力Vb3’は0、出力Vb3はVddとなる。
Thus, when the analog input voltage Vin becomes V
When in = (1/2) Vdd, V3 is the inverter IN
The threshold voltage of V31 becomes Vth3 = (1/2) Vdd. Therefore, when 0 ≦ Vin <(1 /) Vdd, the output of the MOS inverter INV31, that is, the intermediate output Vb3 ′ becomes Vdd, and the inverter INV34.
Output Vb3 becomes zero. Also, (1/2) Vdd ≦ V
When in <Vdd, the inverter INV31 is inverted,
The intermediate output Vb3 'is 0, and the output Vb3 is Vdd.

【0016】また、前記しきい値回路Th2において
は、前記図7に示したように、その入力キャパシタンス
C21〜C24の容量比がC21:C22:C23:C
24=16:4:4:8となっている。したがって、前
記式(2)より、この容量結合の出力電圧V2は、次の
式(4)のようになる。
In the threshold circuit Th2, as shown in FIG. 7, the capacitance ratio of the input capacitances C21 to C24 is C21: C22: C23: C.
24 = 16: 4: 4: 8. Therefore, from the above equation (2), the output voltage V2 of this capacitive coupling is as shown in the following equation (4).

【数4】 (Equation 4)

【0017】ここで、前述したように、Vb3’は、0
≦Vin<(1/2)VddのときはVb3’=Vdd
となり、次の式(5)が成立する。
Here, as described above, Vb3 'is 0
Vb3 '= Vdd when ≤Vin <(1/2) Vdd
And the following equation (5) is established.

【数5】 また、(1/2)Vdd≦Vin<VddのときはVb
3’=0となり、次の式(6)が成立する。
(Equation 5) When (1/2) Vdd ≦ Vin <Vdd, Vb
3 ′ = 0, and the following equation (6) is established.

【数6】 (Equation 6)

【0018】したがって、上記式(5)および式(6)
より、Vin=(1/4)VddおよVin=(3/
4)Vddのときに、V2=(1/2)Vdd(INV
21のしきい値電圧)となり、0≦Vin<(1/4)
Vddのとき、および、(1/2)Vdd≦Vin<
(3/4)Vddのときに、インバータINV21の出
力すなわち中間出力Vb2’はVdd、出力Vb2は0
となる。また、(1/4)Vdd≦Vin<(1/2)
Vddのとき、および、(3/4)Vdd≦Vin<V
ddのときに、インバータINV2の出力および中間出
力Vb2’は0となり、出力Vb2はVddとなる。
Therefore, the above equations (5) and (6)
Thus, Vin = (1/4) Vdd and Vin = (3 /
4) When Vdd, V2 = (1/2) Vdd (INV
21 <threshold voltage), and 0 ≦ Vin <(1 /)
Vdd and (1/2) Vdd ≦ Vin <
When (3/4) Vdd, the output of the inverter INV21, that is, the intermediate output Vb2 'is Vdd, and the output Vb2 is 0.
Becomes Also, (1 /) Vdd ≦ Vin <(1 /)
Vdd and (3/4) Vdd ≦ Vin <V
At the time of dd, the output of the inverter INV2 and the intermediate output Vb2 'become 0, and the output Vb2 becomes Vdd.

【0019】同様に、前記しきい値回路Th1における
容量結合の出力電圧V1は、次の式(7)により、表さ
れる。
Similarly, the output voltage V1 of the capacitive coupling in the threshold circuit Th1 is expressed by the following equation (7).

【数7】 これより、前述の場合と同様にして、0≦Vin<(1
/8)Vdd、(1/4)Vdd≦Vin<(3/8)
Vdd、(1/2)Vdd≦Vin<(5/8)Vdd
および(3/4)Vdd≦Vin<(7/8)Vddの
ときに、インバータINV11の出力すなわち中間出力
Vb1’はVddとなり、出力Vb1は0となる。ま
た、(1/8)Vdd≦Vin<(2/8)Vdd、
(3/8)Vdd≦Vin<(1/2)Vdd、(5/
8)Vdd≦Vin<(3/4)Vddおよび(7/
8)Vdd≦Vin<Vddのときに、INV11およ
び中間出力Vb1’は0、出力VB1はVddとなる。
(Equation 7) Thus, as in the case described above, 0 ≦ Vin <(1
/ 8) Vdd, (1/4) Vdd ≦ Vin <(3/8)
Vdd, (1/2) Vdd ≦ Vin <(5/8) Vdd
When (3/4) Vdd ≦ Vin <(7/8) Vdd, the output of the inverter INV11, that is, the intermediate output Vb1 ′ becomes Vdd, and the output Vb1 becomes 0. Also, (1 /) Vdd ≦ Vin <(2) Vdd,
(3/8) Vdd ≦ Vin <(1/2) Vdd, (5 /
8) Vdd ≦ Vin <(3/4) Vdd and (7 /
8) When Vdd ≦ Vin <Vdd, the INV11 and the intermediate output Vb1 ′ become 0, and the output VB1 becomes Vdd.

【0020】また、前記しきい値回路Th0における容
量結合の出力電圧V0は次の式(8)のようになる。
The output voltage V0 of the capacitive coupling in the threshold circuit Th0 is expressed by the following equation (8).

【数8】 これにより、同様にして、0≦Vin<(1/16)V
dd、(1/8)Vdd≦Vin<(3/16)Vd
d、(1/4)Vdd≦Vin<(5/16)Vdd、
(3/8)Vdd≦Vin<(7/16)Vdd、(1
/2)Vdd≦Vin<(9/16)Vdd、(5/
8)Vdd≦Vin<(11/16)Vdd、(3/
4)Vdd≦Vin<(13/16)Vddおよび(7
/8)Vdd≦Vin<(15/16)Vddのとき
に、インバータINV01の出力すなわち中間出力Vb
0’はVddとなり、出力Vb0は0となる。
(Equation 8) Thereby, similarly, 0 ≦ Vin <(1/16) V
dd, (1/8) Vdd ≦ Vin <(3/16) Vd
d, (1 /) Vdd ≦ Vin <(5/16) Vdd,
(3/8) Vdd ≦ Vin <(7/16) Vdd, (1
/ 2) Vdd ≦ Vin <(9/16) Vdd, (5 /
8) Vdd ≦ Vin <(11/16) Vdd, (3 /
4) Vdd ≦ Vin <(13/16) Vdd and (7)
/ 8) When Vdd ≦ Vin <(15/16) Vdd, the output of the inverter INV01, that is, the intermediate output Vb
0 ′ becomes Vdd, and the output Vb0 becomes 0.

【0021】また、(1/16)Vdd≦Vin<(1
/8)Vdd、(3/16)Vdd≦Vin<(1/
4)Vdd、(5/16)Vdd≦Vin<(3/8)
Vdd、(7/16)Vdd≦Vin<(1/2)Vd
d、(9/16)Vdd≦Vin<(5/8)Vdd、
(11/16)Vdd≦Vin<(3/4)Vdd、
(13/16)Vdd≦Vin<(7/8)Vddおよ
び(15/16)VddVin<Vddのときに、イン
バータINV01の出力すなわち中間出力Vb0’は0
となり、出力Vb0はVddとなる。
Also, (1/16) Vdd ≦ Vin <(1
/ 8) Vdd, (3/16) Vdd ≦ Vin <(1 /
4) Vdd, (5/16) Vdd ≦ Vin <(3/8)
Vdd, (7/16) Vdd ≦ Vin <(1/2) Vd
d, (9/16) Vdd ≦ Vin <(5/8) Vdd,
(11/16) Vdd ≦ Vin <(3/4) Vdd,
When (13/16) Vdd ≦ Vin <(7/8) Vdd and (15/16) VddVin <Vdd, the output of the inverter INV01, that is, the intermediate output Vb0 ′ is 0.
, And the output Vb0 becomes Vdd.

【0022】以上の動作を図9の図表にまとめて示す。
この図表に示すように、前記各しきい値回路の出力端子
から、入力されるアナログ信号電圧をd0〜d3の4ビ
ットのデジタルデータに変換した出力を得ることができ
る。
The above operation is summarized in the table of FIG.
As shown in the table, an output obtained by converting the input analog signal voltage into 4-bit digital data of d0 to d3 can be obtained from the output terminal of each threshold circuit.

【0023】なお、このような電圧モード回路において
は、各入力キャパシタンスやインバータに残留電荷が蓄
積され、これにより正確な重み付け加算が行われなくな
って、A/D変換の精度が劣化することがある。そこ
で、図示していないが、この提案されているA/D変換
回路においては、前記各しきい値回路における第1段、
第3段および第4段のインバータの入力側と出力側とを
短絡するスイッチを設け、これらスイッチを導通状態と
するとともに、前記各入力キャパシタンスに基準電圧V
refを印加することにより、残留電荷を解消してリフ
レッシュを行うようになされている。
In such a voltage mode circuit, a residual charge is accumulated in each input capacitance and inverter, whereby accurate weighted addition cannot be performed, and the accuracy of A / D conversion may be deteriorated. . Therefore, although not shown, in the proposed A / D conversion circuit, the first stage in each of the threshold circuits,
A switch for short-circuiting the input side and the output side of the third and fourth stage inverters is provided, these switches are turned on, and a reference voltage V is applied to each input capacitance.
By applying ref, refresh is performed by eliminating residual charges.

【0024】次に、提案されているA/D変換回路の第
2の例について説明する。このA/D変換回路は、前記
図6に示した第1の例のA/D変換回路(量子化回路)
を2個使用してさらに高精度のデジタル出力を得ること
ができるようにしたものである。図10は、このアナロ
グデジタル変換回路の構成を示すブロック図である。こ
の図において、INV1およびINV2は反転増幅器で
ある。この反転増幅器INV1およびINV2は、CM
OSインバータの出力がハイレベルからローレベルある
いはローレベルからハイレベルに遷移する部分を利用し
て、CMOSインバータを増幅器として使用しているも
のであり、奇数段(例えば、3段)直列に接続されたC
MOSインバータにより構成されている。
Next, a second example of the proposed A / D conversion circuit will be described. This A / D conversion circuit is the A / D conversion circuit (quantization circuit) of the first example shown in FIG.
Are used to obtain a digital output with higher precision. FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of the analog-to-digital conversion circuit. In this figure, INV1 and INV2 are inverting amplifiers. The inverting amplifiers INV1 and INV2 are connected to the CM
The CMOS inverter is used as an amplifier by utilizing a portion where the output of the OS inverter transitions from a high level to a low level or from a low level to a high level, and is connected in series in an odd number of stages (for example, three stages). C
It is composed of a MOS inverter.

【0025】また、前記第1の反転増幅器INV1の入
力側とアナログ電圧入力端子との間には、入力キャパシ
タンスC1が挿入されており、また、該第1の反転増幅
器INV1の出力側と入力側との間にはフィードバック
キャパシタンスCf1が接続されている。さらに、前記
反転増幅器INV1の出力側と前記第2の反転増幅器I
NV2の入力側との間にはキャパシタンスC2が接続さ
れており、第2の反転増幅器INV2の出力側と入力側
との間には、フィードバックキャパシタンスCf2が接
続されている。
An input capacitance C1 is inserted between the input side of the first inverting amplifier INV1 and the analog voltage input terminal, and the output side and the input side of the first inverting amplifier INV1 are inserted. Is connected to the feedback capacitance Cf1. Further, the output side of the inverting amplifier INV1 and the second inverting amplifier IV1
A capacitance C2 is connected between the input side of NV2 and a feedback capacitance Cf2 is connected between the output side and the input side of the second inverting amplifier INV2.

【0026】また、各反転増幅器INV1およびINV
2には、その入出力間を短絡するためのリフレッシュ用
スイッチSr11およびSr12が接続されている。こ
れらのスイッチSr11およびSr12はリフレッシュ
信号REFにより制御され、リフレッシュ信号REFが
ハイレベルのときに導通するようになされている。
The inverting amplifiers INV1 and INV1
2 is connected to refresh switches Sr11 and Sr12 for short-circuiting the input and output. These switches Sr11 and Sr12 are controlled by a refresh signal REF, and are made conductive when the refresh signal REF is at a high level.

【0027】また、MUX11、MUX12およびMU
X13はマルチプレクサであり、前記リフレッシュ信号
REFが制御信号として印加されている。そして、前記
リフレッシュ信号REFがローレベルのときに、前記マ
ルチプレクサMUX11はアナログ電圧入力端子VIN
を選択して前記入力キャパシタンスC1に接続し、前記
マルチプレクサMUX12は前記アナログ電圧入力端子
VINを選択して第1の量子化回路Q1に接続し、前記
マルチプレクサMUX13は前記第2の反転増幅器IN
V2の出力を第2の量子化回路Q2に接続するようにな
されている。また、前記リフレッシュ信号REFがハイ
レベルのときには、前記マルチプレクサMUX11は反
転増幅器INV1およびINV2の基準電圧Vref1
を選択し、前記マルチプレクサMUX12およびMUX
13は前記第1および第2の量子化回路の基準電圧Vr
efを選択するようになされている。
Further, MUX11, MUX12 and MU
X13 is a multiplexer to which the refresh signal REF is applied as a control signal. When the refresh signal REF is at a low level, the multiplexer MUX11 is connected to the analog voltage input terminal VIN.
To the input capacitance C1, the multiplexer MUX12 selects the analog voltage input terminal VIN and connects it to the first quantization circuit Q1, and the multiplexer MUX13 connects to the second inverting amplifier IN.
The output of V2 is connected to a second quantization circuit Q2. When the refresh signal REF is at a high level, the multiplexer MUX11 outputs the reference voltage Vref1 of the inverting amplifiers INV1 and INV2.
And the multiplexers MUX12 and MUX
13 is a reference voltage Vr of the first and second quantization circuits.
ef is selected.

【0028】Q1およびQ2は、前記図6に示したA/
D変換回路(量子化回路)であり、第1の量子化回路Q
1の入力には前記アナログ入力電圧Vinが接続されて
いる。前述のように、該第1の量子化回路Q1からは、
4ビットのデジタルデータに対応する4つの出力Vb3
〜Vb0が出力されており、これらの各出力はそれぞれ
対応するキャパシタンスCb3〜Cb0からなる容量結
合を介して、前記第2の反転増幅器INV2の入力側に
接続されている。また、前記第2の量子化回路Q2の入
力には、マルチプレクサMUX13を介して前記第2の
反転増幅器INV2の出力が接続されており、該第2の
量子化回路Q2からは、4ビットのデジタルデータに対
応する出力Va3〜Va0が出力される。
Q1 and Q2 are A / Q shown in FIG.
D conversion circuit (quantization circuit), and a first quantization circuit Q
1 is connected to the analog input voltage Vin. As described above, from the first quantization circuit Q1,
Four outputs Vb3 corresponding to 4-bit digital data
To Vb0, and these outputs are connected to the input side of the second inverting amplifier INV2 via capacitive coupling composed of the corresponding capacitances Cb3 to Cb0. The input of the second quantization circuit Q2 is connected to the output of the second inverting amplifier INV2 via a multiplexer MUX13, and a 4-bit digital signal is output from the second quantization circuit Q2. Outputs Va3 to Va0 corresponding to the data are output.

【0029】ここで、まず、前記リフレッシュ信号RE
Fがローレベルとされているものとする。前記反転増幅
器INV1およびINV2は、前述のように、3段のC
MOSインバータのオープンゲインの積によって与えら
れる大きなゲインを有しており、その入力側の電位はほ
ぼ一定の電圧となる。そして、通常は、ダイナミックレ
ンジを最大とするために、前記各反転増幅器INV1お
よびINV2の入力側の電圧がVdd/2となるように
設定されている。
Here, first, the refresh signal RE
It is assumed that F is at a low level. As described above, the inverting amplifiers INV1 and INV2 have three stages of Cs.
It has a large gain given by the product of the open gains of the MOS inverters, and its input-side potential is a substantially constant voltage. Normally, in order to maximize the dynamic range, the voltage on the input side of each of the inverting amplifiers INV1 and INV2 is set to Vdd / 2.

【0030】したがって、前述したと同様の電荷保存則
が成り立ち、前記反転増幅器INV1は、その入力キャ
パシタンスC1とフィードバックキャパシタンスCf1
の比によって与えられる出力電圧Vo1を良好な線形特
性をもって生成する。この出力電圧Vo1は、反転増幅
器INV1の入力側の電圧をVin1として、次の式
(9)により表される。
Accordingly, the same charge conservation law as described above holds, and the inverting amplifier INV1 has its input capacitance C1 and feedback capacitance Cf1.
The output voltage Vo1 given by the ratio is generated with good linear characteristics. The output voltage Vo1 is expressed by the following equation (9), where Vin1 is the voltage on the input side of the inverting amplifier INV1.

【数9】 (Equation 9)

【0031】また、前記反転増幅器INV2には、前記
キャパシタンスC2を介して前記反転増幅器INV1の
出力が入力されるとともに、前記キャパシタンスCb3
〜Cb0からなる容量結合を介して前記第1の量子化回
路Q1の出力が入力されている。この第2の反転増幅器
INV2の入力側の電圧をVin2、出力側の電圧をV
o2とすると、次の式(10)に示す関係が成り立つ。
The output of the inverting amplifier INV1 is input to the inverting amplifier INV2 via the capacitance C2, and the inverting amplifier INV2 receives the output of the capacitance Cb3.
The output of the first quantization circuit Q1 is input via a capacitive coupling consisting of .about.Cb0. The voltage on the input side of this second inverting amplifier INV2 is Vin2 and the voltage on the output side is V2.
Assuming o2, the relationship shown in the following equation (10) is established.

【数10】 (Equation 10)

【0032】ここで、前述したように、Vin2=Vd
d/2とされている。また、前記各キャパシタンスにお
ける容量の比率は、次の式(11)に示すように設定さ
れているものとする。
Here, as described above, Vin2 = Vd
d / 2. It is assumed that the ratio of the capacitance in each of the capacitances is set as shown in the following equation (11).

【数11】 [Equation 11]

【0033】したがって、前記第2の反転増幅器INV
2の出力電圧Vo2は、前記式(10)および式(1
1)より、次の式(12)のようになる。
Therefore, the second inverting amplifier INV
The output voltage Vo2 of Equation (2) is obtained by the equation (10) and the equation (1).
From 1), the following equation (12) is obtained.

【数12】 この式(12)に示すように、前記第2の反転増幅器I
NV2の出力電圧Vo2は、前記第1の量子化回路Q1
において4ビットのデジタルデータに変換されたもの
を、前記入力電圧Vinから差し引いた値となってい
る。
(Equation 12) As shown in the equation (12), the second inverting amplifier I
The output voltage Vo2 of NV2 is equal to the value of the first quantization circuit Q1.
Is converted to 4-bit digital data, and is subtracted from the input voltage Vin.

【0034】この出力電圧Vo2は前記第2の量子化回
路Q2に入力され、この第2の量子化回路Q2におい
て、前述の場合と同様にして、4ビットのデジタルデー
タVa3〜Va0に変換される。この4ビットのデジタ
ルデータVa3〜Va0は、前記入力電圧Vinを8ビ
ットのデジタルデータに変換した場合の下位4ビットに
相当している。なお、前記第1の量子化回路Q1からの
4ビットの出力Vb3〜Vb0は、A/D変換出力の上
位4ビットに相当する。
The output voltage Vo2 is input to the second quantization circuit Q2, and is converted into 4-bit digital data Va3 to Va0 in the second quantization circuit Q2 in the same manner as described above. . The 4-bit digital data Va3 to Va0 correspond to the lower 4 bits when the input voltage Vin is converted into 8-bit digital data. The 4-bit outputs Vb3 to Vb0 from the first quantization circuit Q1 correspond to the upper 4 bits of the A / D conversion output.

【0035】また、前記リフレッシュ信号REFがハイ
レベルのときは、前記マルチプレクサMUX11〜MU
X13は、いずれも、基準電圧Vref1あるいは基準
電圧Vrefを選択するように制御される。また、前記
リフレッシュスイッチSr11およびSr12は導通状
態とされる。したがって、前記各キャパシタンスおよび
反転増幅器等に蓄積されていた残留電荷を解消すること
ができる。このようにして、入力アナログ電圧を8ビッ
トのデジタルデータに高精度にA/D変換することがで
きる。
When the refresh signal REF is at a high level, the multiplexers MUX11-MUX
X13 is controlled to select either the reference voltage Vref1 or the reference voltage Vref. The refresh switches Sr11 and Sr12 are turned on. Therefore, it is possible to eliminate the residual charges accumulated in the respective capacitances and the inverting amplifiers. In this way, the input analog voltage can be A / D converted to 8-bit digital data with high accuracy.

【0036】[0036]

【発明が解決しようとする課題】上述したように、提案
されている電圧モード回路により構成されたA/D変換
回路によれば、低消費電力かつ高精度のアナログデジタ
ル変換を実現することが可能であるが、電源電位Vdd
から接地電位GNDの間の電圧をkビットのデジタルデ
ータに変換している。したがって、入力電圧の変化幅
(入力下限電圧と入力上限電圧との差)が電源電位Vd
d〜接地電位GNDの幅よりも少ないときには、その分
解能は低いものとなっていた。
As described above, according to the A / D conversion circuit constituted by the proposed voltage mode circuit, low power consumption and high precision analog-to-digital conversion can be realized. But the power supply potential Vdd
From the ground potential GND to k-bit digital data. Therefore, the change width of the input voltage (the difference between the input lower limit voltage and the input upper limit voltage) is equal to the power supply potential Vd.
When d is smaller than the width of the ground potential GND, the resolution is low.

【0037】また、上記A/D変換回路においては、入
力電圧が所定の値の近傍であるときに、動作が不安定と
なることがあった。図11に、前記図6に示したA/D
変換回路の出力の一例を示す。この図において、(a)
は前記最上位ビットに対応するしきい値回路Th3の出
力を示す図であり、また、破線で示されているのは前記
入力電圧である。また、(b)は前記しきい値回路Th
2の出力、(c)は前記しきい値回路Th1の出力、
(d)は前記しきい値回路Th0の出力を示す。この図
に示すように、前記入力電圧Vinの値が、所定の値の
近傍にあるときに、前記各しきい値回路の出力が不安定
な状態となっていることがわかる。
In the A / D conversion circuit, when the input voltage is near a predetermined value, the operation sometimes becomes unstable. FIG. 11 shows the A / D shown in FIG.
4 shows an example of an output of a conversion circuit. In this figure, (a)
Is a diagram showing an output of the threshold circuit Th3 corresponding to the most significant bit, and the broken line is the input voltage. (B) shows the threshold circuit Th
2, (c) is the output of the threshold circuit Th1,
(D) shows the output of the threshold circuit Th0. As shown in this figure, when the value of the input voltage Vin is near a predetermined value, it can be seen that the outputs of the threshold circuits are in an unstable state.

【0038】これは、前記各しきい値回路Th3〜Th
0において、直列に接続されている複数段のCMOSイ
ンバータのしきい値がいずれも同一の値(Vdd/2)
とされているために、いずれかの容量結合回路の出力が
該しきい値付近であるときに、その後段のインバータの
動作が不安定となり、これが、下位ビットのしきい値回
路にも影響して、全体の出力が不安定となっているため
である。また、入力に含まれているノイズにより、同様
に出力が不安定となるいう欠点もあった。
This is because each of the threshold circuits Th3 to Th
0, the threshold values of the plurality of CMOS inverters connected in series are the same (Vdd / 2)
Therefore, when the output of any one of the capacitive coupling circuits is near the threshold, the operation of the subsequent inverter becomes unstable, and this also affects the threshold circuit of the lower bit. This is because the entire output is unstable. There is also a disadvantage that the output is similarly unstable due to noise included in the input.

【0039】そこで、本発明は、前述した電圧モード回
路により構成されたA/D変換回路において、入力下限
電圧と入力上限電圧とをA/D変換回路の外部から設定
することができるようにし、該設定された入力下限電圧
と入力上限電圧との間の電圧を所定のビット数のデジタ
ルデータに変換することが可能な分解能の高いA/D変
換回路を提供することを目的としている。また、電圧モ
ード回路により構成されたA/D変換回路において、そ
の出力が不安定となることを防止することを目的として
いる。さらに、このように、出力電圧が不安定となるこ
とを防止したA/D変換回路において、高精度の変換動
作を保証するために、各キャパシタンス等に蓄積されて
いる残留電荷を解消し、高精度の変換を行うことができ
るようにすることを目的としている。さらにまた、上記
出力電圧が不安定となることを防止したA/D変換回路
において、消費電力をさらに低下させることを目的とし
ている。
Therefore, the present invention provides an A / D conversion circuit constituted by the above-described voltage mode circuit, wherein the input lower limit voltage and the input upper limit voltage can be set from outside the A / D conversion circuit, It is an object of the present invention to provide an A / D conversion circuit with high resolution capable of converting a voltage between the set input lower limit voltage and the set input upper limit voltage into digital data of a predetermined number of bits. It is another object of the present invention to prevent an output from becoming unstable in an A / D conversion circuit constituted by a voltage mode circuit. Further, in the A / D conversion circuit in which the output voltage is prevented from becoming unstable, in order to guarantee a highly accurate conversion operation, residual charges accumulated in each capacitance and the like are eliminated, and the It is intended to be able to perform precision conversion. Still another object of the present invention is to further reduce power consumption in an A / D conversion circuit that prevents the output voltage from becoming unstable.

【0040】[0040]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のアナログデジタル変換回路は、アナログ入
力電圧をkビット(kは整数)のデジタルデータに変換
するアナログデジタル変換回路であって、前記デジタル
データの各ビットにそれぞれ対応して設けられたk個の
しきい値回路と該各しきい値回路の前段にそれぞれ設け
られた重み付け回路とを有し、前記k個のしきい値回路
はそれぞれ対応して設けられた前記重み付け回路の出力
電圧が所定のしきい値よりも小さい電圧であるときはハ
イレベルの信号を出力し、該所定のしきい値以上である
ときはローレベルの信号を出力するようになされてお
り、前記各重み付け回路は、前記アナログ入力電圧、入
力の下限電圧に相当する第1の電圧、入力の上限電圧に
相当する第2の電圧、および、当該しきい値回路よりも
上位のビットに対応する前記しきい値回路の出力に対応
して選択される前記第1あるいは第2の電圧が、それぞ
れ一方の端子に入力され他方の端子は共通に接続された
複数の容量からなる容量結合により構成され、前記第1
の電圧および前記第2の電圧に対する重みを1としたと
きに、当該しきい値回路よりもnビット(nは整数)上
位のビットに対応する前記しきい値回路の出力により選
択される前記第1あるいは第2の電圧に対する重みを2
nとし、最上位ビットに対応する前記しきい値回路の出
力に対する重みを2mとしたときに前記アナログ入力電
圧に対する重みを2(m+1)として、前記各入力電圧を加
算するようになされていることを特徴とするものであ
る。
In order to achieve the above object, an analog-to-digital converter according to the present invention is an analog-to-digital converter for converting an analog input voltage into k-bit (k is an integer) digital data. , And k threshold circuits provided corresponding to each bit of the digital data, and a weighting circuit provided at a preceding stage of each of the threshold circuits. The circuit outputs a high-level signal when the output voltage of the corresponding weighting circuit is lower than a predetermined threshold, and outputs a low-level signal when the output voltage is higher than the predetermined threshold. Wherein each of the weighting circuits is configured to output the analog input voltage, a first voltage corresponding to an input lower limit voltage, and a second voltage corresponding to an input upper limit voltage. And the first or second voltage selected corresponding to an output of the threshold circuit corresponding to a bit higher than the threshold circuit is input to one terminal, and the other terminal is The first capacitor is configured by capacitive coupling composed of a plurality of capacitors connected in common;
And the weight for the second voltage and the second voltage is 1, the nth bit (n is an integer) higher than the threshold circuit is selected by the output of the threshold circuit corresponding to a bit higher than the threshold voltage by n bits (n is an integer). The weight for the first or second voltage is 2
n , and when the weight for the output of the threshold circuit corresponding to the most significant bit is 2 m , the weight for the analog input voltage is 2 (m + 1) , and the respective input voltages are added. It is characterized by having.

【0041】また、前記各しきい値回路の出力は、該出
力と同一状態を出力するようになされた双安定回路を介
して当該下位ビットに対応する各しきい値回路に供給さ
れるようになされているものである。そして、前記双安
定回路は、しきい値の異なる偶数段のインバータ、偶数
段のシュミット・トリガ回路、あるいは、インバータと
シュミット・トリガ回路を少なくとも各1個直列接続す
ることにより構成されているものである。
The output of each of the threshold circuits is supplied to each of the threshold circuits corresponding to the lower bits via a bistable circuit configured to output the same state as the output. Is what is being done. The bistable circuit is constituted by an even-numbered inverter having an even different threshold value, an even-numbered Schmitt trigger circuit, or at least one inverter and one Schmitt trigger circuit connected in series. is there.

【0042】また、前記各しきい値回路における当該重
み付け回路の前記容量結合の出力に接続されたインバー
タの入出力間に接続されたスイッチ手段と、前記重み付
け回路の各容量に前記各入力電圧に代えて基準電圧を供
給する切換手段とを有し、前記スイッチ手段を閉成する
とともに前記切換手段により前記各容量に基準電圧を印
加することにより、残留電荷を解消するようになされて
いるものである。
Further, a switch means connected between the input and output of an inverter connected to the output of the capacitive coupling of the weighting circuit in each of the threshold circuits, and each capacitance of the weighting circuit is connected to each of the input voltages. A switching means for supplying a reference voltage instead, wherein the switching means is closed and the switching means applies a reference voltage to each of the capacitors to eliminate the residual charge. is there.

【0043】さらに、前記各しきい値回路における前記
インバータの入力側を接地電位あるいは電源電位に接続
するスイッチ手段を有し、該スイッチ手段を閉成するこ
とにより前記各しきい値回路をスリープ状態とするよう
になされているものである。
Further, there is provided switch means for connecting the input side of the inverter in each of the threshold circuits to a ground potential or a power supply potential. It is something which is made to be.

【0044】さらにまた、本発明の他のアナログデジタ
ル変換回路は、アナログ入力電圧が入力される第1の入
力キャパシタンスと、この第1の入力キャパシタンスの
出力に接続された線形特性を有する第1の反転増幅器
と、前記アナログ入力電圧が入力され、このアナログ入
力電圧の量子化出力を出力する第1の量子化回路と、前
記第1の反転増幅器の出力および前記第1の量子化回路
の出力が入力される容量結合と、この容量結合の出力が
入力される線形特性を有する第2の反転増幅器と、該第
2の反転増幅器の出力が入力され、この第2の反転増幅
器の出力を量子化する第2の量子化回路とを備えたアナ
ログデジタル変換回路において、前記第1および第2の
量子化回路は、前述したアナログデジタル変換回路であ
り、前記容量結合には、前記第1の量子化回路の出力が
ローレベルのときに入力下限に相当する第1の電圧を入
力し、ハイレベルのときには入力上限に相当する第2の
電圧を選択して入力する切換手段を介して、前記第1の
量子化回路の出力が入力されるようになされているもの
である。
Still another analog-to-digital conversion circuit according to the present invention includes a first input capacitance to which an analog input voltage is input, and a first input capacitor having a linear characteristic connected to an output of the first input capacitance. An inverting amplifier, a first quantizing circuit that receives the analog input voltage and outputs a quantized output of the analog input voltage, and an output of the first inverting amplifier and an output of the first quantizing circuit. A second inverting amplifier having a linear characteristic to which the output of the capacitive coupling is input, and an output of the second inverting amplifier is input, and the output of the second inverting amplifier is quantized. An analog-to-digital conversion circuit comprising a second quantization circuit, wherein the first and second quantization circuits are the aforementioned analog-to-digital conversion circuits, and Switching means for inputting a first voltage corresponding to an input lower limit when the output of the first quantization circuit is at a low level, and selecting and inputting a second voltage corresponding to an input upper limit when the output of the first quantization circuit is at a high level , The output of the first quantization circuit is input.

【0045】[0045]

【発明の実施の形態】図1は、本発明のA/D変換回路
の第1の実施の形態の構成を示すブロック図である。こ
の図に示す実施の形態は、前記図6に示したA/D変換
回路(量子化回路)に対応するものである。この図にお
いて、前記図6と同一の構成要素には同一の番号を付し
て説明の重複を避けることとする。また、各入力キャパ
シタンスの容量は、前述した図6の場合と同様に図7の
図表に示した値に設定されている。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an A / D conversion circuit according to a first embodiment of the present invention. The embodiment shown in this figure corresponds to the A / D conversion circuit (quantization circuit) shown in FIG. In this figure, the same components as those in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals to avoid duplication of description. Further, the capacitance of each input capacitance is set to the value shown in the table of FIG. 7 as in the case of FIG. 6 described above.

【0046】図1に示すように、この実施の形態のA/
D変換回路は、入力端子として、アナログ電圧入力端子
AIN、基準電圧Vref入力端子、第1のレベルの電
圧LEVEL1を入力する端子、第2のレベルの電圧L
EVEL2を入力する端子の4つの入力端子を有してお
り、アナログ電圧入力端子AINからは入力電圧Vin
が入力される。ここで、前記基準電圧VrefはVre
f=Vdd/2とされており、また、第1のレベルの電
圧LEVEL1は入力電圧の上限に相当する電圧であ
り、第2のレベルの電圧LEVEL2は入力電圧の下限
に相当する電圧である。例えば、入力電圧のフルレンジ
が0〜Vddであるときは、前記第1のレベルの電圧L
EVEL1=Vdd、前記第2のレベルの電圧LEVE
L2=GND=0とされ、前述した場合と同様の状態と
なる。このように、本発明においては、入力電圧の上限
に相当する第1のレベルの電圧LEVEL1と入力電圧
の下限に相当する第2のレベルの電圧LEVEL2とが
外部から供給されるようになされている。
As shown in FIG. 1, A /
The D conversion circuit has, as input terminals, an analog voltage input terminal AIN, a reference voltage Vref input terminal, a terminal for inputting a first level voltage LEVEL1, and a second level voltage L
It has four input terminals for inputting EVENT2, and an analog voltage input terminal AIN receives an input voltage Vin.
Is entered. Here, the reference voltage Vref is Vre
f = Vdd / 2, the first level voltage LEVEL1 is a voltage corresponding to the upper limit of the input voltage, and the second level voltage LEVEL2 is a voltage corresponding to the lower limit of the input voltage. For example, when the full range of the input voltage is 0 to Vdd, the first level voltage L
EVEL1 = Vdd, the voltage LEVEL of the second level
L2 = GND = 0, and the state is the same as the case described above. As described above, in the present invention, the first level voltage LEVEL1 corresponding to the upper limit of the input voltage and the second level voltage LEVEL2 corresponding to the lower limit of the input voltage are externally supplied. .

【0047】また、MUX1〜MUX3は、前記入力端
子から入力される各電圧、Vin、Vref、LEVE
L1、LEVEL2を各しきい値回路に印加するための
マルチプレクサである。このマルチプレクサMUX1〜
MUX3には、制御信号として、スリープ信号SLEE
Pとリフレッシュ信号REFの論理和の信号が印加され
ている。
MUX1 to MUX3 are voltages, Vin, Vref, and LEVEL input from the input terminals.
A multiplexer for applying L1 and LEVEL2 to each threshold circuit. The multiplexers MUX1 to MUX1
MUX3 has a sleep signal SLEE as a control signal.
A signal of the logical sum of P and the refresh signal REF is applied.

【0048】Th3〜Th0は前述したしきい値回路で
あり、この実施の形態においても、前記図6の場合と同
様に、それぞれ4個のインバータを有している。ここ
で、各しきい値回路Th3〜Th0の初段のインバータ
INVi1(i=3〜0)は、前述の場合と同様に、V
dd/2のしきい値を有している。また、図中に斜線を
付して示した第3段目のインバータINVi3(i=3
〜0)は、他の段のインバータINVi1、INVi2
およびINVi4(i=3〜0)とは、異なるしきい
値を有するものとされている。また、第2段目のインバ
ータINVi2(i=3〜0)についても、前記初段の
インバータINVi1(i=3〜0)とは異なるしきい
値を有するものとされているのが望ましい。
Th3 to Th0 are the threshold circuits described above, and in this embodiment, each has four inverters as in the case of FIG. Here, the inverter INVi1 (i = 3 to 0) at the first stage of each of the threshold circuits Th3 to Th0 is connected to V
It has a threshold of dd / 2. Also, the third-stage inverter INVi3 (i = 3) indicated by hatching in the drawing.
To 0) are the inverters INVi1 and INVi2 of the other stages.
And INVi4 (i = 3 to 0) have different threshold values. It is also desirable that the second-stage inverter INVi2 (i = 3 to 0) has a different threshold value from that of the first-stage inverter INVi1 (i = 3 to 0).

【0049】これにより、互いにしきい値の異なる前記
インバータINV32とINV33の直列回路、INV
22とINV23の直列回路、INV12とINV13
の直列回路およびINV02とINV03の直列回路
は、それぞれ、2つの安定した出力状態を有する双安定
回路B3〜B0を構成している。このような異なるしき
い値を有するインバータの直列回路とすることにより、
前述したような特定の入力電圧において出力電圧が振動
するという現象を防止することが可能となる。
Thus, a series circuit of the inverters INV32 and INV33 having different threshold values from each other, INV
22 and INV23, INV12 and INV13
And the series circuit of INV02 and INV03 constitute bistable circuits B3 to B0 having two stable output states, respectively. By using a series circuit of inverters having such different threshold values,
It is possible to prevent the output voltage from oscillating at the specific input voltage as described above.

【0050】また、前記各しきい値回路Th3〜Th0
の第1段のインバータINV31、INV21、INV
11およびINV01の入力側には、それぞれスリープ
用のスイッチSs3、Ss2、Ss1およびSs0が接
続されており、各スイッチSs3〜Ss0の他端は、前
記基準電圧Vrefに接続されている。また、各スイッ
チSs3〜Ss0には制御信号としてスリープ信号SL
EEPが印加されており、このスリープ信号SLEEP
がハイレベルとなったときに、前記各スリープスイッチ
Ss3〜Ss0は導通状態となるようになされている。
また、それと同時に、前記基準電圧入力端子Vrefに
は、基準電圧Vrefに代えて接地電圧GNDが印加さ
れるようになされている。
Each of the threshold circuits Th3 to Th0
First stage inverters INV31, INV21, INV
Switches Ss3, Ss2, Ss1 and Ss0 for sleep are respectively connected to the input sides of 11 and INV01, and the other ends of the switches Ss3 to Ss0 are connected to the reference voltage Vref. Each of the switches Ss3 to Ss0 has a sleep signal SL as a control signal.
EEP is applied, and the sleep signal SLEEP
Is set to a high level, the sleep switches Ss3 to Ss0 are turned on.
At the same time, a ground voltage GND is applied to the reference voltage input terminal Vref instead of the reference voltage Vref.

【0051】また、各しきい値回路Th3〜Th0の第
1段目のインバータINV31〜INV01には、その
入力側と出力側とを短絡するためのリフレッシュスイッ
チSr3〜Sr0がそれぞれ設けられている。このリフ
レッシュスイッチSr3〜Sr0は前記リフレッシュ信
号REFが制御信号として印加されており、リフレッシ
ュ信号REFがハイレベルのときに導通状態となるよう
になされている。
The first-stage inverters INV31 to INV01 of the threshold circuits Th3 to Th0 are provided with refresh switches Sr3 to Sr0 for short-circuiting the input and output sides, respectively. The refresh switches Sr3 to Sr0 are supplied with the refresh signal REF as a control signal, and are turned on when the refresh signal REF is at a high level.

【0052】また、最上位ビット(この場合は第3ビッ
ト)に対応するしきい値回路Th3以外のしきい値回路
Th2〜Th0には、それぞれ、その上位のビットのし
きい値回路Th3〜Th1の中間出力が、それぞれ対応
するマルチプレクサMUX4〜MUX6に制御信号とし
て印加されている。
The threshold circuits Th2 to Th0 other than the threshold circuit Th3 corresponding to the most significant bit (in this case, the third bit) respectively have the threshold circuits Th3 to Th1 of the upper bit. Are applied as control signals to the corresponding multiplexers MUX4 to MUX6.

【0053】前述した従来技術の場合と同様に、上位ビ
ットのしきい値回路Th3、Th2およびTh1の中間
出力は、下位ビットのしきい値回路Th2〜Th0にそ
れぞれ入力されてA/D変換が行われるのであるが、本
発明のA/D変換回路においては、各中間出力を直接に
下位ビットのしきい値回路に入力するのではなく、該中
間出力を制御信号とする前記マルチプレクサMUX4〜
MUX6を介して、外部回路から供給される前記第1の
レベルの電圧LEVEL1および前記第2のレベルの電
圧LEVEL2を当該下位のしきい値回路に入力するよ
うにしている。
As in the case of the above-described prior art, the intermediate outputs of the upper-bit threshold circuits Th3, Th2 and Th1 are input to the lower-bit threshold circuits Th2 to Th0, respectively, and subjected to A / D conversion. However, in the A / D conversion circuit of the present invention, each of the multiplexers MUX4 to MUX4 to use the intermediate output as a control signal instead of directly inputting each intermediate output to the threshold circuit of the lower bit.
The first level voltage LEVEL1 and the second level voltage LEVEL2 supplied from an external circuit are input to the lower threshold circuit via the MUX 6.

【0054】前記リフレッシュ信号REFおよび前記ス
リープ信号SLEEPがともにローレベルとされている
通常動作時には、前記MUX4は前記最上位ビットのし
きい値回路Th3の中間出力を制御信号として、前記L
EVEL1およびLEVEL2を切り替えて、下位のし
きい値回路Th2〜Th0に印加する。すなわち、前記
Th3の中間出力Vb3’がVdd(ハイレベル)であ
るときは、前記マルチプレクサMUX4が前記LEVE
L1を選択するように制御され、外部回路から供給され
る第1のレベルの電圧LEVEL1が前記入力キャパシ
タンスC24、C15およびC06に印加される。一
方、前記Th3の中間出力Vb3’が0(ローレベル)
であるときには、前記マルチプレクサMUX4が前記L
EVEL2を選択するように制御され、前記第2のレベ
ルの電圧LEVEL2が前記入力キャパシタンスC2
4、C15およびC06に印加される。
In a normal operation in which the refresh signal REF and the sleep signal SLEEP are both at a low level, the MUX 4 uses the intermediate output of the threshold circuit Th3 of the most significant bit as a control signal and outputs the L signal.
LEVEL1 and LEVEL2 are switched and applied to the lower threshold circuits Th2 to Th0. That is, when the Th3 intermediate output Vb3 'is at Vdd (high level), the multiplexer MUX4 outputs the LEVEL signal.
L1 is controlled to be selected, and a first level voltage LEVEL1 supplied from an external circuit is applied to the input capacitances C24, C15 and C06. On the other hand, the intermediate output Vb3 'of Th3 is 0 (low level).
, The multiplexer MUX4 sets the L
LEVEL2 is controlled to select the second level voltage LEVEL2.
4, applied to C15 and C06.

【0055】また、同様に、前記マルチプレクサMUX
5は前記第2ビットのしきい値回路Th2の中間出力に
応じて、前記LEVEL1およびLEVEL2を切り替
えて当該下位のしきい値回路Th1およびTh0に印加
する。さらに、前記マルチプレクサMUX6は、前記第
1ビットのしきい値回路Th1の中間出力に応じて、対
応する前記電圧LEVEL1およびLEVEL2をしき
い値回路Th0に印加する。
Similarly, the multiplexer MUX
Reference numeral 5 switches between LEVEL1 and LEVEL2 in accordance with the intermediate output of the second-bit threshold circuit Th2 and applies it to the lower-order threshold circuits Th1 and Th0. Further, the multiplexer MUX6 applies the corresponding voltages LEVEL1 and LEVEL2 to the threshold circuit Th0 according to the intermediate output of the threshold circuit Th1 of the first bit.

【0056】このように構成された本発明のA/D変換
回路におけるA/D変換動作について説明する。前述し
たように、各入力キャパシタンスC01〜C33の容量
比は、前記図7に示した容量比とされており、C31:
C32:C33=16:8:8となっている。したがっ
て、前記第3ビットに対応するしきい値回路Th3にお
けるキャパシタンスC31〜C33からなる容量結合の
出力電圧、すなわちインバータINV31の入力電圧V
3は、前述の場合と同様にして、次の式(13)により
表される。ここに、Vinはアナログ電圧入力端子AI
Nからの入力電圧、LV1=LEVEL1、LV2=L
EVEL2である。
The A / D conversion operation in the A / D conversion circuit of the present invention thus configured will be described. As described above, the capacitance ratio of each of the input capacitances C01 to C33 is the capacitance ratio shown in FIG.
C32: C33 = 16: 8: 8. Therefore, the output voltage of the capacitive coupling composed of the capacitances C31 to C33 in the threshold circuit Th3 corresponding to the third bit, that is, the input voltage V of the inverter INV31.
3 is expressed by the following equation (13) in the same manner as in the case described above. Here, Vin is an analog voltage input terminal AI
Input voltage from N, LV1 = LEVEL1, LV2 = L
EVENT2.

【数13】 (Equation 13)

【0057】また、C21:C22:C23:C24=
16:4:4:8であるから、前記第2ビットに対応す
るしきい値回路Th2におけるキャパシタンスC21〜
C24からなる容量結合の出力電圧、すなわちインバー
タINV21の入力電圧V2は、次の式(14)により
表される。ここで、Vd3はマルチプレクサMUX4の
出力であり、前記第3ビットに対応するしきい値回路T
h3の双安定回路B3から出力される中間出力Vb3’
がハイレベルのときにはVd3=LV1となり、Vb3
がローレベルのときにはVd3=LV2となる。
Also, C21: C22: C23: C24 =
16: 4: 4: 8, the capacitances C21 to C21 in the threshold circuit Th2 corresponding to the second bit
The output voltage of the capacitive coupling composed of C24, that is, the input voltage V2 of the inverter INV21 is expressed by the following equation (14). Here, Vd3 is the output of the multiplexer MUX4, and the threshold circuit T corresponding to the third bit is used.
The intermediate output Vb3 ′ output from the bistable circuit B3 of h3
Is high level, Vd3 = LV1, and Vb3
Is low level, Vd3 = LV2.

【数14】 [Equation 14]

【0058】さらに、同様にして、前記インバータIN
V11の入力電圧V1およびインバータINV01の入
力電圧V0は、それぞれ、次の式(15)および式(1
6)により表される。ここで、Vd2およびVd1は、
それぞれ、前記マルチプレクサMUX5およびMUX6
の出力である。
Further, similarly, the inverter IN
The input voltage V1 of V11 and the input voltage V0 of the inverter INV01 are expressed by the following equations (15) and (1), respectively.
6). Here, Vd2 and Vd1 are:
The multiplexers MUX5 and MUX6 respectively
Is the output of

【数15】 (Equation 15)

【数16】 (Equation 16)

【0059】ここで、前記最上位ビットのしきい値回路
Th3の初段のインバータINV31のしきい値はVd
d/2であり、前記式(13)より、このインバータI
NV31が反転するときの入力電圧Vinについては、
次の式(17)が成立する。
Here, the threshold value of the first-stage inverter INV31 of the threshold circuit Th3 for the most significant bit is Vd.
d / 2, and from the equation (13), this inverter I
Regarding the input voltage Vin when the NV 31 is inverted,
The following equation (17) holds.

【数17】 したがって、インバータINV31は入力電圧Vinが
次の式(18)に示す電圧のときに反転する。この入力
電圧VinをA7とする。
[Equation 17] Therefore, the inverter INV31 inverts when the input voltage Vin is a voltage represented by the following equation (18). This input voltage Vin is assumed to be A7.

【数18】 (Equation 18)

【0060】したがって、入力電圧Vinが(Vdd−
LV1)≦Vin<A7のとき、前記インバータINV
31の出力Vb3’はハイレベルとなり、前記マルチプ
レクサMUX4からは第1の入力電圧LEVEL1が選
択されて出力される。また、A7≦Vin<(Vdd−
LV2)のときは、INV31の出力Vb3’はローレ
ベルとなり、前記マルチプレクサMUX4からは第2の
入力電圧LEVEL2が選択されることとなる。
Therefore, when the input voltage Vin is (Vdd-
LV1) When ≤Vin <A7, the inverter INV
The output Vb3 'of the signal 31 becomes high level, and the first input voltage LEVEL1 is selected and output from the multiplexer MUX4. Also, A7 ≦ Vin <(Vdd−
In the case of LV2), the output Vb3 'of the INV31 becomes low level, and the second input voltage LEVEL2 is selected from the multiplexer MUX4.

【0061】次に、前記第2ビットのしきい値回路Th
2の初段のインバータINV21が反転するときの入力
電圧Vinは次のようになる。まず、(Vdd−LV
1)≦Vin<A7のときには、前記マルチプレクサM
UX4からLEVEL1が出力されて入力キャパシタン
スC24に印加される。したがって、前記式(14)よ
り、次の式(19)が成立する。
Next, the second-bit threshold circuit Th
The input voltage Vin when the second inverter INV21 of the second stage is inverted is as follows. First, (Vdd-LV
1) When ≤Vin <A7, the multiplexer M
LEVEL1 is output from UX4 and applied to input capacitance C24. Therefore, the following expression (19) is established from the expression (14).

【数19】 これにより、インバータINV21は、入力電圧Vin
が次の式(20)に示す電圧のときに反転し、この入力
電圧をA3とする。
[Equation 19] As a result, the inverter INV21 outputs the input voltage Vin.
Is inverted when the voltage is expressed by the following equation (20), and this input voltage is defined as A3.

【数20】 (Equation 20)

【0062】また、A7≦Vin<(Vdd−LV2)
のときは、前記マルチプレクサMUX4からLEVEL
2が選択されて出力される。したがって、前記式(1
4)より、次の式(21)が成立する。
A7 ≦ Vin <(Vdd−LV2)
, The multiplexor MUX4 outputs the LEVEL
2 is selected and output. Therefore, the above equation (1)
From 4), the following equation (21) holds.

【数21】 この式(21)より、インバータINV21は、入力電
圧Vinが次の式(22)に示す電圧のときに反転す
る。この入力電圧をA11とする。
(Equation 21) According to the equation (21), the inverter INV21 inverts when the input voltage Vin is the voltage shown in the following equation (22). This input voltage is assumed to be A11.

【数22】 (Equation 22)

【0063】すなわち、前記第2ビットに対応するしき
い値回路Th2のインバータINV21の出力Vb2’
は、入力電圧Vinが(Vdd−LV1)≦Vin<A
3およびA7≦Vin<A11のときにハイレベルとな
り、マルチプレクサMUX5からは第1のレベルの電圧
LEVEL1が選択されて出力される。一方、A3≦V
in<A7およびA11<Vin≦(Vdd−LV2)
のときにローレベルとなり、マルチプレクサMUX5か
らは第2のレベルの電圧LEVEL2が出力される。
That is, the output Vb2 'of the inverter INV21 of the threshold circuit Th2 corresponding to the second bit.
Is that the input voltage Vin is (Vdd-LV1) ≦ Vin <A
3 and when A7 ≦ Vin <A11, the multiplexer MUX5 selects and outputs the first level voltage LEVEL1. On the other hand, A3 ≦ V
in <A7 and A11 <Vin ≦ (Vdd-LV2)
, And the multiplexer MUX5 outputs the second-level voltage LEVEL2.

【0064】次に、第1ビットに対応するしきい値回路
Th1のインバータINV11が反転するときの入力電
圧Vinは次のようになる。まず、Vin<A3のとき
は、前記第3ビットに対応するしきい値回路Th3の中
間出力Vb3’がハイレベル、第2ビットに対応するし
きい値回路Th2の中間出力Vb2’がハイレベルとな
り、前記マルチプレクサMUX4およびMUX5はいず
れも第1の電圧LEVEL1を出力し、Vd3=LV1
およびVd2=LV1である。したがって、前記式(1
5)より、次の式(23)が成立する。
Next, the input voltage Vin when the inverter INV11 of the threshold circuit Th1 corresponding to the first bit is inverted is as follows. First, when Vin <A3, the intermediate output Vb3 'of the threshold circuit Th3 corresponding to the third bit goes high, and the intermediate output Vb2' of the threshold circuit Th2 corresponding to the second bit goes high. , Each of the multiplexers MUX4 and MUX5 outputs a first voltage LEVEL1, and Vd3 = LV1
And Vd2 = LV1. Therefore, the above equation (1)
From 5), the following equation (23) holds.

【数23】 したがって、この式(23)より、インバータINV1
1は、入力電圧Vinが次の式(24)に示す電圧のと
きに反転する。この入力電圧をA1とする。
(Equation 23) Therefore, from the equation (23), the inverter INV1
1 is inverted when the input voltage Vin is a voltage represented by the following equation (24). This input voltage is assumed to be A1.

【数24】 (Equation 24)

【0065】次に、A3≦Vin<A7のときは、前記
しきい値回路Th3の中間出力Vb3’がハイレベル、
前記しきい値回路Th2の中間出力Vb2’がローレベ
ルとなる。したがって、前記マルチプレクサMUX4の
出力Vd3=LV1、前記マルチプレクサMUX5の出
力Vd2=LV2となり、前記式(15)より、次の式
(25)が成立する。
Next, when A3 ≦ Vin <A7, the intermediate output Vb3 ′ of the threshold circuit Th3 is at a high level,
The intermediate output Vb2 'of the threshold circuit Th2 goes low. Therefore, the output Vd3 of the multiplexer MUX4 = LV1 and the output Vd2 of the multiplexer MUX5 = LV2, and the following equation (25) is established from the above equation (15).

【数25】 この式(25)より、インバータINV11は、入力電
圧Vinが次の式(26)に示す電圧のときに反転す
る。この入力電圧をA5とする。
(Equation 25) From this equation (25), the inverter INV11 inverts when the input voltage Vin is the voltage shown in the following equation (26). This input voltage is defined as A5.

【数26】 (Equation 26)

【0066】さらに、A7≦Vin<A11のときは、
前記しきい値回路Th3の中間出力Vb3’がローレベ
ル、前記しきい値回路Th2の中間出力Vb2’がハイ
レベルとなる。したがって、前記マルチプレクサMUX
4の出力Vd3=LV2、MUX5の出力Vd2=LV
1となり、前記式(15)より、前述の場合と同様にし
て、次の式(27)に示す電圧のときにインバータIN
V11が反転する。この入力電圧をA9とする。
Further, when A7 ≦ Vin <A11,
The intermediate output Vb3 'of the threshold circuit Th3 goes low, and the intermediate output Vb2' of the threshold circuit Th2 goes high. Therefore, the multiplexer MUX
4 output Vd3 = LV2, MUX5 output Vd2 = LV
From equation (15), as in the case described above, the inverter IN at the voltage shown in the following equation (27)
V11 is inverted. This input voltage is assumed to be A9.

【数27】 [Equation 27]

【0067】さらにまた、A11≦Vinのときは、前
記しきい値回路Th3の中間出力Vb3’がローレベ
ル、前記しきい値回路Th2の中間出力Vb2’がロー
レベルとなり、Vd3=LV2およびVd2=LV2と
なる。したがって、前記式(15)にこれらの値を代入
することにより、前述の場合と同様にして、次の式(2
8)に示すインバータINV11の反転する入力電圧を
求めることができる。この電圧をA13とする。
Further, when A11 ≦ Vin, the intermediate output Vb3 ′ of the threshold circuit Th3 is at a low level, the intermediate output Vb2 ′ of the threshold circuit Th2 is at a low level, and Vd3 = LV2 and Vd2 = LV2. Therefore, by substituting these values into equation (15), the following equation (2) is obtained in the same manner as in the above case.
The input voltage at which the inverter INV11 shown in 8) is inverted can be obtained. This voltage is defined as A13.

【数28】 [Equation 28]

【0068】同様にして、最下位ビットに対応するしき
い値回路Th0のインバータINV01が反転する入力
電圧についても、前記式(16)を用いて算出すること
ができる。このようにして算出したインバータINV0
1が反転する入力電圧A0、A2、A4、A6、A8、
A10、A12およびA14を示す。
Similarly, the input voltage at which the inverter INV01 of the threshold circuit Th0 corresponding to the least significant bit is inverted can be calculated by using the above equation (16). Inverter INV0 calculated in this way
The input voltages A0, A2, A4, A6, A8,
A10, A12 and A14 are shown.

【数29】 (Equation 29)

【0069】図2は以上の動作をまとめて示した図表で
ある。この図表に示したように、本発明のA/D変換回
路によれば、入力上限電圧に相当する第1の電圧LEV
EL1〜入力下限電圧に相当する第2の電圧LEVEL
2の間を所定のビット数(上述した実施の形態において
は4ビット)のデジタルデータに変換することができ
る。
FIG. 2 is a chart summarizing the above operations. As shown in this table, according to the A / D conversion circuit of the present invention, the first voltage LEV corresponding to the input upper limit voltage
EL1 to a second voltage LEVEL corresponding to the input lower limit voltage
Between 2 can be converted into digital data of a predetermined number of bits (4 bits in the above embodiment).

【0070】さて、本発明のA/D変換器においては、
前述のように、初段のインバータINVi1(i=3〜
0)の出力を双安定回路B3〜B0を介して下位のビッ
トに対応するしきい値回路に供給することにより、出力
の不安定状態が生じることを防止している。図3は、本
発明のこの実施の形態のA/D変換回路の出力電圧の一
例を示す図である。この図において、a)は前記最上位
ビットに対応するしきい値回路Th3の出力を示す図で
あり、また、破線で示されているのは前記入力電圧であ
る。また、(b)は前記しきい値回路Th2の出力、
(c)は前記しきい値回路Th1の出力、(d)は前記
しきい値回路Th0の出力を示す。この図に示すよう
に、本発明のA/D変換回路によれば、安定した出力が
得られている。
Now, in the A / D converter of the present invention,
As described above, the first-stage inverter INVi1 (i = 3 to
By supplying the output of 0) to the threshold circuit corresponding to the lower bit via the bistable circuits B3 to B0, the occurrence of an unstable state of the output is prevented. FIG. 3 is a diagram illustrating an example of an output voltage of the A / D conversion circuit according to the embodiment of the present invention. In this figure, a) shows the output of the threshold circuit Th3 corresponding to the most significant bit, and the broken line shows the input voltage. (B) shows the output of the threshold circuit Th2;
(C) shows the output of the threshold circuit Th1, and (d) shows the output of the threshold circuit Th0. As shown in this figure, according to the A / D conversion circuit of the present invention, a stable output is obtained.

【0071】次に、前記リフレッシュ信号REFがハイ
レベルとされたときについて説明する。このときは、前
記マルチプレクサMUX1〜MUX3は、いずれも、基
準電圧Vrefを選択するように切り替えられ、すべて
の入力キャパシタンスC01〜C33には基準電圧Vr
efが印加されることとなる。また、前記リフレッシュ
スイッチSr3〜Sr0はいずれも導通状態とされ、前
記各しきい値回路Th3〜Th0の第1段目のインバー
タINV31〜INV01の入出力が短絡されることと
なる。したがって、前記入力キャパシタンスおよびイン
バータに蓄積されていた残留電荷を解消することがで
き、正確な変換を行うことが可能となる。
Next, the case where the refresh signal REF is set to the high level will be described. At this time, all of the multiplexers MUX1 to MUX3 are switched so as to select the reference voltage Vref, and the reference voltage Vr is applied to all the input capacitances C01 to C33.
ef will be applied. Further, the refresh switches Sr3 to Sr0 are all turned on, and the input and output of the first-stage inverters INV31 to INV01 of the threshold circuits Th3 to Th0 are short-circuited. Therefore, the input capacitance and the residual charge accumulated in the inverter can be eliminated, and accurate conversion can be performed.

【0072】次に、前記スリープ信号SLEEPがハイ
レベルとされたときについて説明する。この場合には、
前述したように、前記基準電圧入力端子に基準電圧に代
えて接地電位(GND)が入力される。そして、前記マ
ルチプレクサMUX1〜MUX3がいずれも基準電圧入
力端子側を選択するように切り替えられ、すべての入力
キャパシタンスには接地電圧GNDが印加される。ま
た、前記スリープスイッチSs3〜Ss0が導通状態と
され、前記各しきい値回路Th3〜Th0の第1段目の
インバータINV31〜INV01の入力側には接地電
圧GNDが印加されることとなる。したがって、前記各
インバータは、いずれも飽和状態とされることとなり、
電力消費をほぼ0とすることが可能となる。なお、前記
接地電圧に代えて、電源電圧Vddを印加するようにし
てもよい。
Next, the case where the sleep signal SLEEP is set to the high level will be described. In this case,
As described above, the ground potential (GND) is input to the reference voltage input terminal instead of the reference voltage. Then, all of the multiplexers MUX1 to MUX3 are switched to select the reference voltage input terminal side, and the ground voltage GND is applied to all input capacitances. Further, the sleep switches Ss3 to Ss0 are turned on, and the ground voltage GND is applied to the input sides of the first-stage inverters INV31 to INV01 of the threshold circuits Th3 to Th0. Therefore, each of the inverters is in a saturated state,
Power consumption can be reduced to almost zero. Note that a power supply voltage Vdd may be applied instead of the ground voltage.

【0073】このように、このA/D変換回路によれ
ば、入力電圧が特定の値の近傍になったときに出力が不
安定となることを防止することができる。また、簡単な
構成のリフレッシュ回路を用いるだけで効果的に残留電
荷を解消することが可能となる。さらに、動作不要時に
はスリープモードとすることにより、消費電力をさらに
低減することが可能となる。
As described above, according to the A / D conversion circuit, it is possible to prevent the output from becoming unstable when the input voltage becomes close to a specific value. Further, residual charges can be effectively eliminated only by using a refresh circuit having a simple configuration. Further, when the operation is unnecessary, the sleep mode is set, so that the power consumption can be further reduced.

【0074】なお、上述した実施の形態においては、前
記双安定回路がしきい値の異なるインバータを直列に接
続したものにより構成されていたが、これに限られるこ
とはない。図4は、前記双安定回路として他の構成を採
用した実施の形態を示す図である。図4の(a)は、前
記双安定回路を直列に接続された2つのシュミット・ト
リガ回路Sh1およびSh2により構成した実施の形態
を示す図である。このように、シュミット・トリガ回路
を用いた場合も、前述の場合と同様に安定した出力をう
ることができる。
In the above-described embodiment, the bistable circuit is formed by connecting inverters having different threshold values in series. However, the present invention is not limited to this. FIG. 4 is a diagram showing an embodiment in which another configuration is adopted as the bistable circuit. FIG. 4A is a diagram showing an embodiment in which the bistable circuit is constituted by two Schmitt trigger circuits Sh1 and Sh2 connected in series. Thus, even when the Schmitt trigger circuit is used, a stable output can be obtained as in the case described above.

【0075】図4の(b)は、前記双安定回路の他の構
成例を示す図である。この図に示す例は、シュミット・
トリガ回路ShとインバータINVとの直列回路によ
り、前記双安定回路を構成している。この場合において
も、同様の効果を奏することができる。なお、図4の
(b)においては、シュミット・トリガ回路Shを前段
とし、インバータINVを後段としたが、この逆の順序
としてもよい。ただし、図4の(b)に示したようにシ
ュミット・トリガ回路Shを前段とした場合の方がより
効果が大きくなる。
FIG. 4B is a diagram showing another example of the configuration of the bistable circuit. The example shown in this figure is for Schmidt
The bistable circuit is constituted by a series circuit of the trigger circuit Sh and the inverter INV. Also in this case, the same effect can be obtained. In FIG. 4B, the Schmitt trigger circuit Sh is at the front stage and the inverter INV is at the rear stage, but the order may be reversed. However, as shown in FIG. 4B, the effect is greater when the Schmitt trigger circuit Sh is provided in the preceding stage.

【0076】なお、以上においては、2段の異なるしき
い値を有するインバータ、2段のシュミット・トリガ回
路、あるいは、シュミット・トリガ回路とインバータの
直列回路というように、直列に接続された2つの回路に
より双安定回路を構成した場合について説明したが、こ
れに限られることはなく、偶数段の直列回路であればよ
い。
In the above description, two inverters having two different threshold values, two-stage Schmitt trigger circuit, or two serially connected Schmitt trigger circuits and an inverter are connected in series. The case where the circuit forms a bistable circuit has been described. However, the present invention is not limited to this, and it is sufficient if the circuit is an even-numbered series circuit.

【0077】次に、本発明の他の実施の形態について図
5を参照して説明する。この実施の形態は、前述した図
10のA/D変換回路に対応するものであり、図10と
同一の構成要素には同一の番号を付して説明の重複を避
けることとする。また、各キャパシタンスの容量も前述
した図10の場合と同様に設定されている。
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment corresponds to the above-described A / D conversion circuit in FIG. 10, and the same components as those in FIG. 10 are assigned the same reference numerals to avoid duplication of description. The capacitance of each capacitance is set in the same manner as in the case of FIG.

【0078】図5において、量子化回路Q1およびQ2
は、前記図1に示した本発明の第1の実施の形態のA/
D変換回路である。また、MUX14〜MUX17は、
前記キャパシタンスCb3〜Cb0にそれぞれ接続され
たマルチプレクサであり、それらの一方の入力端子には
前記入力の上限に相当する第1のレベルの電圧LEVE
L1が接続されており、他方の入力端子には前記入力の
下限に相当する第2のレベルの電圧LEVEL2が接続
されている。そして、前記マルチプレクサMUX14に
は前記第1の量子化回路の最上位ビットの出力電圧Vb
3が制御信号として印加されており、マルチプレクサM
UX15には前記第2ビットの出力電圧Vb2が、MU
X16には前記第1ビットの出力電圧Vb1が、マルチ
プレクサMUX17には前記第0ビットの出力電圧Vb
0が、それぞれ制御信号として印加されている。
In FIG. 5, quantization circuits Q1 and Q2
Is A / of the first embodiment of the present invention shown in FIG.
It is a D conversion circuit. Also, MUX14 to MUX17 are
Multiplexers respectively connected to the capacitances Cb3 to Cb0, and one of their input terminals has a first level voltage LEVEL corresponding to the upper limit of the input.
L1 is connected, and a second level voltage LEVEL2 corresponding to the lower limit of the input is connected to the other input terminal. Then, the output voltage Vb of the most significant bit of the first quantization circuit is applied to the multiplexer MUX14.
3 is applied as a control signal and the multiplexer M
UX15 receives the output voltage Vb2 of the second bit,
X16 is the output voltage Vb1 of the first bit, and the multiplexer MUX17 is the output voltage Vb of the 0th bit.
0 is applied as a control signal.

【0079】このように、前記第1の量子化回路Q1の
出力電圧を直接各対応するキャパシタンスへの入力電圧
とするのではなく、外部回路から印加される第1のレベ
ルの電圧LEVEL1および第2のレベルの電圧LEV
EL2をキャパシタンスに印加するようにしている。こ
れにより、LEVEL1〜LEVEL2の間をフルレン
ジとするA/D変換を行うことが可能となる。また、第
1および第2の量子化回路として、前記図1に示した本
発明の第1の実施の形態のA/D変換回路を使用してい
るため、特定の入力電圧において出力が不安定になると
いう現象を防止することができる。
As described above, instead of using the output voltage of the first quantization circuit Q1 directly as the input voltage to the corresponding capacitance, the first level voltage LEVEL1 and the second level LEVEL1 applied from the external circuit are not used. Level voltage LEV
EL2 is applied to the capacitance. This makes it possible to perform A / D conversion with a full range between LEVEL1 and LEVEL2. Further, since the A / D conversion circuit of the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 is used as the first and second quantization circuits, the output is unstable at a specific input voltage. Can be prevented.

【0080】[0080]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電圧モード回路により構成されたA/D変換回路におい
て、外部回路から印加される入力の下限および上限に相
当する第1および第2の電圧の間のアナログ入力電圧を
所定ビット数のデジタルデータに変換することが可能と
なる。また、入力電圧が特定の値の近傍となったときに
出力が不安定となるという現象を防止することができる
とともに、耐ノイズ性を向上することができる。
As described above, according to the present invention,
In an A / D conversion circuit constituted by a voltage mode circuit, an analog input voltage between first and second voltages corresponding to a lower limit and an upper limit of an input applied from an external circuit is converted into digital data of a predetermined number of bits. It is possible to do. Further, it is possible to prevent a phenomenon that the output becomes unstable when the input voltage becomes close to a specific value, and it is possible to improve noise resistance.

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

【図1】 本発明のA/D変換回路の第1の実施の形態
の構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an A / D conversion circuit according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 図1に示したA/D変換回路の出力を説明す
るための図表である。
FIG. 2 is a chart for explaining an output of the A / D conversion circuit shown in FIG. 1;

【図3】 図1に示したA/D変換回路の出力の一例を
示す図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of an output of the A / D conversion circuit illustrated in FIG. 1;

【図4】 図1に示したA/D変換回路における双安定
回路の他の構成例を示す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating another configuration example of the bistable circuit in the A / D conversion circuit illustrated in FIG. 1;

【図5】 本発明のA/D変換回路の他の実施の形態の
構成を示すブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of another embodiment of the A / D conversion circuit of the present invention.

【図6】 提案されている電圧モード回路により構成さ
れたA/D変換回路の第1の例の構成を示す図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a first example of an A / D conversion circuit configured by a proposed voltage mode circuit;

【図7】 図6のA/D変換回路における入力キャパシ
タンスの容量比を説明するための図表である。
FIG. 7 is a table for explaining a capacitance ratio of an input capacitance in the A / D conversion circuit of FIG. 6;

【図8】 容量結合の例を説明するための図である。FIG. 8 is a diagram for explaining an example of capacitive coupling.

【図9】 図6のA/D変換回路の出力を説明するため
の図表である。
FIG. 9 is a table for explaining an output of the A / D conversion circuit of FIG. 6;

【図10】 提案されているA/D変換回路の第2の例
の構成を示すブロック図である。
FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of a second example of the proposed A / D conversion circuit.

【図11】 提案されているA/D変換回路の出力の一
例を示す図である。
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of an output of a proposed A / D conversion circuit.

【符号の説明】 AIN アナログ電圧入力端子 B、B0〜B3 双安定回路 C1〜C5、C01〜C33、Cb0〜Cb3、Cf
1、Cf2 キャパシタンス INV1、INV2 反転増幅器 INV01〜INV34 インバータ MUX1〜MUX6、MUX11〜MUX13 マルチ
プレクサ Q1、Q2 量子化回路 Sh、Sh1、Sh2 シュミット・トリガ回路 Sr0〜Sr3、Sr11、Sr12 リフレッシュス
イッチ Ss0〜Ss3 スリープスイッチ Th0〜Th3 しきい値回路
[Description of Signs] AIN Analog voltage input terminals B, B0 to B3 bistable circuits C1 to C5, C01 to C33, Cb0 to Cb3, Cf
1, Cf2 Capacitance INV1, INV2 Inverting amplifier INV01-INV34 Inverter MUX1-MUX6, MUX11-MUX13 Multiplexer Q1, Q2 Quantizer Sh, Sh1, Sh2 Schmitt trigger Sr0-Sr3, Sr11, Sr3 Sr3 Sr3 Sr3 Sr3 Th0-Th3 threshold circuit

フロントページの続き (72)発明者 陳 潁 東京都世田谷区北沢3−5−18 鷹山ビル 株式会社鷹山内Continued on the front page (72) Inventor Chen Ying 3-5-18 Kitazawa, Setagaya-ku, Tokyo Takayama Building Takayamauchi Co., Ltd.

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 アナログ入力電圧をkビット(kは整
数)のデジタルデータに変換するアナログデジタル変換
回路であって、 前記デジタルデータの各ビットにそれぞれ対応して設け
られたk個のしきい値回路と該各しきい値回路の前段に
それぞれ設けられた重み付け回路とを有し、 前記k個のしきい値回路はそれぞれ対応して設けられた
前記重み付け回路の出力電圧が所定のしきい値よりも小
さい電圧であるときはハイレベルの信号を出力し、該所
定のしきい値以上であるときはローレベルの信号を出力
するようになされており、 前記各重み付け回路は、前記アナログ入力電圧、入力の
下限電圧に相当する第1の電圧、入力の上限電圧に相当
する第2の電圧、および、当該しきい値回路よりも上位
のビットに対応する前記しきい値回路の出力に対応して
選択される前記第1あるいは第2の電圧が、それぞれ一
方の端子に入力され他方の端子は共通に接続された複数
の容量からなる容量結合により構成され、前記第1の電
圧および前記第2の電圧に対する重みを1としたとき
に、当該しきい値回路よりもnビット(nは整数)上位
のビットに対応する前記しきい値回路の出力に対応して
選択される前記第1あるいは第2の電圧に対する重みを
nとし、最上位ビットに対応する前記しきい値回路の
出力に対する重みを2mとしたときに前記アナログ入力
電圧に対する重みを2(m+1)として、前記各入力電圧を
加算するようになされていることを特徴とするアナログ
デジタル変換回路。
1. An analog-to-digital conversion circuit for converting an analog input voltage into k-bit (k is an integer) digital data, wherein k threshold values are provided corresponding to each bit of the digital data. And a weighting circuit provided at a stage preceding each of the threshold circuits. The k threshold circuits each have a predetermined output voltage of the weighting circuit. When the voltage is smaller than the predetermined threshold value, a high-level signal is output. When the voltage is equal to or higher than the predetermined threshold value, a low-level signal is output. , A first voltage corresponding to an input lower limit voltage, a second voltage corresponding to an input upper limit voltage, and an output of the threshold circuit corresponding to a bit higher than the threshold circuit. The first or second voltage selected in response to is connected to one terminal, and the other terminal is formed by capacitive coupling composed of a plurality of capacitors connected in common. When the weight for the second voltage is set to 1, the second voltage selected corresponding to the output of the threshold circuit corresponding to a bit higher than the threshold circuit by n bits (n is an integer). When the weight for the first or second voltage is 2 n and the weight for the output of the threshold circuit corresponding to the most significant bit is 2 m , the weight for the analog input voltage is 2 (m + 1) , An analog-to-digital conversion circuit, wherein each of the input voltages is added.
【請求項2】 前記各しきい値回路の出力は、該出力と
同一状態を出力するようになされた双安定回路を介して
当該下位ビットに対応する各しきい値回路に供給される
ようになされていることを特徴とする前記請求項1記載
のアナログデジタル変換回路。
2. An output of each threshold circuit is supplied to each threshold circuit corresponding to the lower bit via a bistable circuit configured to output the same state as the output. 2. The analog-to-digital conversion circuit according to claim 1, wherein the conversion is performed.
【請求項3】 前記双安定回路は、しきい値の異なる
偶数段のインバータにより構成されていることを特徴と
する前記請求項2に記載のアナログデジタル変換回路。
3. The analog-to-digital conversion circuit according to claim 2, wherein said bistable circuit is constituted by even-numbered inverters having different threshold values.
【請求項4】 前記双安定回路は、偶数段のシュミッ
ト・トリガ回路により構成されていることを特徴とする
前記請求項2に記載のアナログデジタル変換回路。
4. The analog-to-digital converter according to claim 2, wherein said bistable circuit is constituted by an even-numbered stage Schmitt trigger circuit.
【請求項5】 前記双安定回路は、インバータとシュ
ミット・トリガ回路を少なくとも各1個直列接続するこ
とにより構成されていることを特徴とする前記請求項2
に記載のアナログデジタル変換回路。
5. The bistable circuit according to claim 2, wherein the bistable circuit is configured by connecting at least one inverter and one Schmitt trigger circuit in series.
2. The analog-to-digital conversion circuit according to item 1.
【請求項6】 前記各しきい値回路における当該重み
付け回路の前記容量結合の出力に接続されたインバータ
の入出力間に接続されたスイッチ手段と、前記重み付け
回路の各容量に前記各入力電圧に代えて基準電圧を供給
する切換手段とを有し、 前記スイッチ手段を閉成するとともに前記切換手段によ
り前記各容量に基準電圧を印加することにより、残留電
荷を解消するようにしたことを特徴とする前記請求項1
に記載のアナログデジタル変換回路。
6. A switch means connected between an input and an output of an inverter connected to an output of the capacitive coupling of the weighting circuit in each of the threshold circuits, and a capacitance of each of the weighting circuits to each of the input voltages. A switching unit for supplying a reference voltage instead, and the switch unit is closed and the switching unit applies a reference voltage to each of the capacitors to eliminate the residual charge. Claim 1.
2. The analog-to-digital conversion circuit according to item 1.
【請求項7】 前記各しきい値回路における前記イン
バータの入力側を接地電位あるいは電源電位に接続する
スイッチ手段を有し、該スイッチ手段を閉成することに
より前記各しきい値回路をスリープ状態とするようにな
されていることを特徴とする前記請求項1に記載のアナ
ログデジタル変換回路。
7. A switch means for connecting an input side of the inverter in each of the threshold circuits to a ground potential or a power supply potential, and closing the switch means puts each of the threshold circuits into a sleep state. 2. The analog-to-digital conversion circuit according to claim 1, wherein:
【請求項8】 アナログ入力電圧が入力される第1の
入力キャパシタンスと、この第1の入力キャパシタンス
の出力に接続された線形特性を有する第1の反転増幅器
と、前記アナログ入力電圧が入力され、このアナログ入
力電圧の量子化出力を出力する第1の量子化回路と、前
記第1の反転増幅器の出力および前記第1の量子化回路
の出力が入力される容量結合と、この容量結合の出力が
入力される線形特性を有する第2の反転増幅器と、該第
2の反転増幅器の出力が入力され、この第2の反転増幅
器の出力を量子化する第2の量子化回路とを備えたアナ
ログデジタル変換回路において、 前記第1および第2の量子化回路は、前記請求項1記載
のアナログデジタル変換回路であり、 前記容量結合には、前記第1の量子化回路の出力がロー
レベルのときに入力下限に相当する第1の電圧を入力
し、ハイレベルのときには入力上限に相当する第2の電
圧を選択して入力する切換手段を介して、前記第1の量
子化回路の出力が入力されるようになされていることを
特徴とするアナログデジタル変換回路。
8. A first input capacitance to which an analog input voltage is input, a first inverting amplifier having a linear characteristic connected to an output of the first input capacitance, and the analog input voltage; A first quantization circuit that outputs a quantized output of the analog input voltage, a capacitive coupling to which the output of the first inverting amplifier and the output of the first quantization circuit are input, and an output of the capacitive coupling And a second inverting amplifier having a linear characteristic, and a second quantizing circuit to which an output of the second inverting amplifier is input and which quantizes an output of the second inverting amplifier. 2. The digital conversion circuit, wherein the first and second quantization circuits are the analog-to-digital conversion circuit according to claim 1, wherein the output of the first quantization circuit has a low level in the capacitive coupling. 3. When the first voltage corresponding to the input lower limit is input at the time of, and the second voltage corresponding to the input upper limit is selected and input at the time of the high level, the output of the first quantization circuit is output. An analog-to-digital conversion circuit characterized in that an analog-to-digital converter is input.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6459399B1 (en) * 2000-10-05 2002-10-01 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha A/D converter circuit
US6680685B2 (en) * 2001-10-29 2004-01-20 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Chopper analog-to-digital converter with power saving mode

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