JPS5842317A - アナログ/ディジタル変換回路 - Google Patents

アナログ/ディジタル変換回路

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JPS5842317A
JPS5842317A JP56140777A JP14077781A JPS5842317A JP S5842317 A JPS5842317 A JP S5842317A JP 56140777 A JP56140777 A JP 56140777A JP 14077781 A JP14077781 A JP 14077781A JP S5842317 A JPS5842317 A JP S5842317A
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transistor
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Atsushi Iwamura
岩村 淳
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Toshiba Corp
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
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    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12Analogue/digital converters
    • H03M1/50Analogue/digital converters with intermediate conversion to time interval

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  • Theoretical Computer Science (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、半導体集積回路に%!>、411にアナロ
グ信号をディジタル信号に変換するアナログ/ディジタ
ル変換回路に関する。
従来、アナログ/ディジタル(A/D )変換回路の回
路構成について種々の提案がなされているが、高精度が
要求されかつ大面積を占有するラダー抵抗網を必要とし
九勺、高精度の基準電源を必要としたシするため、hず
れも集積回路化の観点から見ると集積密度あるいはプロ
セス技術の困難さの点で問題を生じ、実用化の太きた妨
げとなっている。
この発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、比較的容易なプロセス技術で
高集積度が得られ、かつマイクロプロセッサ等のディジ
タル回路と一体化が容易なに勺変換回路を提供すること
である。。
以下、この発明の一実施例について図面を参照して説明
する。
第1図は、その基本構成を示すもので、入力端I  、
I  を有する一致回路11の一方の入n1     
n2 万端11に、データストローブ信号Aを、遅延回路を構
成しアナログ信号入力INで導通制御されるトランジス
タTz を介して供給するとともに、他方の入力端In
2にデータストローブ信号Aを供給する。上記一致回路
の入力端l、と接地・点との関に呟コンデンサC1が接
続され、トランジスタTIとコンデンサC1とのRe時
定数によって遅延された遅延信号Bを入力端In1に供
給して遅延手段とする。そして、上記一致回路11によ
ってデータストローブ信号Aの遅れを比較検出し、その
出力信号Cをクロ、り・譬ルス信号φとともに論理回路
1zyr−供給する。
この論理回路12は上記一致回路11の出方信号Cに対
応するクロ、クツ譬ルスを発生スる論理手段として働き
、この論理回路12の出方信号りを計数手段として働く
カウンタJJK供給して計数し、ディジタル出力0UT
t得るようKして成る。
次に、上記のような構成において、第2図(、)のタイ
ミングチャートを用いて動作を説明すゐ。
今、データストロ−!信号人がハイレベルになっ九とす
ると、−散回路11の入力端’mt Kはこのデータス
トロ−!信号Aが供給され、入力端■ゎ、 Ku )ラ
ンジスタT1に与えられるアナログ入力INの値に応じ
て決まるトランジスタT、のオン抵抗Rと付加容量CI
とで決定されるRCIの時定数の遅れを持って立上る信
号Bが供給される。この一致回路11の出方信号Cは、
入力端I、2に供給されるデータストローブ信号Aの上
昇によってハイレベルとなシ、達観信号Bの値が入力端
Ifl、 Kおける論理しきい値■Mに達するまでこの
一致回路11は不一致を検出してハイレベルを保持し、
vMKsするとローレベルになる矩形波信号となる2、
この矩形波信号Cとクロックツ譬ルス信号φとの論理積
を論理回路12で得ると、データストローブ信号Aがハ
イレベルになりてから、アナログ信号入力INのレベル
に対応して遅延された信号Bの値が一致回路Hの入力端
−1の論理しきい値VMK達するまでの時間の/4ルス
列りが得られ、る。この・ダルス列りのΔルス数はアナ
誼グ入方僅の関数となっており、・このノ譬ルス数をカ
ウンター3でカウントすることKより、ディジタル信号
出カ“\ OUTが得られる。
したがって、アナログ信号入力INが小さい時はトラン
ジスタTIの導′通抵抗Rが大きくなるため、第2図(
b) K示すように一致回路1ノの入力端■ の信号B
の立ち上がりが緩やかKな1 す、カウンター30カウント値が大きくなる。
ところで、上記第2図(a) 、 (b) において、
Cで示される一致回路ノーの出力する矩形波信号Cの・
ダルス幅tけ、トランジスタTrのしきい値電圧を■7
.アナログ入力電圧値をv7.データストロ−!信号人
でトランジスタTzに与えられる電圧を■とすると、第
1図に示した一致回路ノーの入力端へ、における電位の
変化(データストローブ信号人が入力される前の初期電
圧V。
から論理し!h値vMtで変化する時間)に等しいので
、r v0≧via’yJ(五極管モード)の時、 また、”o 〈vIn −vt J (三極管モーr)
の時、 と表わされる。ここでβは定数である。
以下、第3図を参照して曲成(1) 、 (2) Kつ
いて詳述する。図示するようにトランジスタ丁rとコン
デンサCとが直列接続され、このコンデンサCの一端が
接地されている時、トランジスタTrのドレイン側から
接地点に向って流れる電流イは次式で表わされる。
V 4=C−・・・・・・・・・・・・・・・(3)t ここで、Cはコンデンサの容量、Vは印加される電圧、
tは時間である。
したがって、トランジスタTrとコンデンサCとの接続
点の電位vlをvlからVs 11で変化させるのに必
要な時間tは上式(3)を変形して積分することKよp
次の様に表わされる。
上記電流(がMOB )ランジスタで供給される場合、
次のように表わされる。
o五極管動作領域(v、≧v、−v、r)O時i=β(
va  ’r  ’m ) 2−−・−−(5)〇三極
管動作領域(vD< v、−vT)の時i=β(2Vo
−2V、−V、−V、XVD−V、)  ・”・−・・
曲(6)ここで、 ■D: ドレイン電圧 ■。=デート電圧 v8二ンース電圧 ■、ニジきい値電圧 μ。1.:キャリア移動度 To!: ’y’  )絶縁膜厚 ’ox:f  )絶縁膜の誘電率 L :チャネル長 W :チャネル幅 である。
曲成(5)および(6)をそれぞれ動作長−ドに応じて
(4)弐に代入して積分すると下式のようKなる。。
〇五極管モードの時 0三極管モードの時 曲成(7) 、 (8)の各記号を曲成(1) 、 (
2)の各°記号と対応させて、v、 =v、ne vD
=v、t V1=VL。
v、=v、tc=c*とおくと、曲成(1) 、 (2
)が得られる。
第4図は上記第1図の回路の具体的な構成例を示すもの
で、一致回路としてエクスクル−ジグオフ回路XORを
使用している。このエクスクル−シブオア回路XOHの
一方および他方の入力端1.IKは、データストローゾ
信号Aがnl    、2 それぞれトランジスタT+および7重を介して供給され
る。上記トランジスタT1のP−)Kはアナログ信号I
Nが供給され、このトラン・ゾスタT重とエクスクル−
シブオア回路XORの入力漕In、との間にコンデンサ
CIの一端が接続され、このコンデンサCIの他端は接
地される、。
また、トランジスタT、のダートには電位V、が供給さ
れて導通設定される3、そして、エクスクル−シブオア
回路XOHの出力信号Cはクロ、クノルス信号φとと本
にナンド回路NANDK供給され、このナンド回路NA
NDの出力がインバータ回路NOTを介してカウンタ1
3!IC供給され、アナログ信号がディジタル信号に変
換される。
このような構成によれば、エクスクル−シブオア回路X
ORの出力信号Cの/中ルス幅tをトランジスタT2の
f−ト電位v1によシ自由に設定できる。また、エクス
クル−シブオア回路XOHの出力信号Cのノタルス幅t
は、第2図(1) 、 (b>で示したようにアナログ
信号入力INが大きい時は短かく、小さい時は長いが、
アナログ信号入力INが最大の時でもΔルスが発生する
。これは、入力端■n2の信号の立ち上がりが急峻であ
るのに対し、入力端■。、の立ち上がりは、遅延回路を
介すために必ず若干の遅れを伴うからである。そこでア
ナログ信号入力INが最大の時、エクスクルーシブオア
回路XORカラ”ルスCが発生しないようにするためK
は、第5図に示すように、入力端In2に供、給される
データストローブ信号Aを、アナログ入力が最大の時の
入力端In、に供給される信号の遅れと一致させるよう
に、)ランジスタテ富を遅延素子として働くようにその
導通抵抗を設定して遅延させた信号A′を供給すればC
’IC示すように・奢ルスは発生しない。
なお、遅延素子は抵抗でも良いが、トランジスタにする
ことKより可変抵抗とみなされ、データストローブ信号
Aの立ち上がり時間をy −トに印加する電位v1で自
由に設定できるようKなる。
第6図は他の構成例を示すもので、この回路では一致回
路11としてエクスクル−シブノア回路XNORを使用
し、その入力端In、 l Iゎ、側圧波形整形用のイ
ンバータ回路NOT 鵞、 NOT sおよびNOT 
4  、 NOT ttを設けたものである。そして、
エクスクルーシブノア回路XNOHの出力信号Cはクロ
、り・9ルス信号φとともにノア回路NOHに供給され
、このノア回路NOHの出力りが次段のカウンタ13に
供給されるよう圧して成る。
このような構成によれば、トランジスタT璽を介して供
給されるデータストロ−!信号人の波形整形が行なえる
とともK、インバータ回路NOT *の論理しきい値v
Mを下げ、インバータ回路NOT 、のvMを上げると
とKより上記第4図の回路と同様にアナログ信号入力I
Nが最大値の時一致回路(エクスクルーシブノア回路X
NOR)から・ダルスを発生させないようKできる。
第7図は他の構成例を示すもので、この回路においては
、データストローブ信号ムを遅延させるための遅延手段
として複数のコンデンサCI。
C3およびトランジスタスイッチTleT4を設け、こ
のトランゾスタスイ、チT、#T、のf−)K制御信号
St−8mを供給して導通制御することにより上記コン
デンサCs  、C*を選択して容量を変え、時定数を
変化させるようにするとともに、カウンタ13の出力を
減算回路14に供給し、メモIJ J 5 K記憶され
ている最小ノタルス幅に相当するカウンタ13の出力数
を引いた出力をディノタル出力OUTとして得るようK
したものである。
このような構成によれば、エクスクル−ジブオフ回路X
ORの入力端工。、とコンデンサCI+C2の一端との
間に接続されるスイッチングトランジスタ’r、、’r
、の導通あるいは非導通状態により負荷容量を可変でき
るので、エクスクル−ジブオフ回路XORの出力Cのノ
9ルス幅を任意に設定制御できる。また、アナログ入力
信号INが最大値の時、エクスクルーシブオア回路XO
Rの出力CK発生する最小・譬ルス幅に対応するクロ、
り・9ルスφの数をメモリ15に記憶しておき、減算回
路14によってカウンタ13のカウント値から減算する
ことにより、アナログ入力が最大の時カウンタ13の出
力を10」Kすることができる。
第8図は、他の実施例を示すものでアナログ入力が差動
入力で与えられる場合にこの発明を適応したもので、第
1図と同一構成部は同じ符号を付してその説明は省略す
る。すなわち、−数回路11の入力端I1.−2にそれ
ぞれトランジスタT+ およびコンデンサCIから成る
第1の遅延回路と、トランジスタT、およびコンデンサ
C1から成る第2の遅延回路とを設けて遅延手段とした
本ので、アナログ信号入力INI 。
IN、の値が異なると、この信号入力IN@ 。
IN、の差に対応した幅の矩形波信号Cが得られる。
このような構成によれば、アナログ信号が差動入力で与
えられる場合に4A/D変換が行なえる。。
なお、この発明は上記各実施例に限定されるものではな
く、種々の変形が可能であシ、例えばアナログ信号入力
が最大の時、−数回路から出力される/マルスを発生し
ないようKするためには、−数回路の論理しきい値電圧
vMを異なって設定しても良い。その場合は、エクスク
ル−シブオア回路は第9図(1)K示すように構成され
ろ1、この論理回路を具体的に示すと第9図(b) K
示すようKなる。ζこでトランジスタT・ 。
Ty、T@は(、)図のノア回路N0Rs K、  )
う/ジスタT@eT16はアンド回路ANDK、)ラン
ジスタTll  r Tt*  I T・はノア回路N
OR1にそれぞれ対応している。今、トランジスタT8
のチャネル幅を小さく設定し、トランジスタTyのチャ
ネル幅を大きく設定すれば、入力端I、、 @の論理し
きい値vM、を高く設定し、In2側の論理しきい値v
M2を低く設定できる。
したがって、上記トランジスタT・ +Tyのチャネル
幅を適宜設定するととくよシ、第10図に示すように1
アナログ入力が最大値の時にエクスクル−シブオア回路
からノヤルスを発生しないようKできる。
以上説明したようにこの発明によれば、データストロ−
f信号をアナログ人力に対応して遅延させ、このデータ
ストロ−!信号の遅れヲ一致回路によって検出し、この
遅れ要時間に対応するクロック・マルスをカウンタで計
数するように構成したので、比較的害鳥なプロセス技術
で高集積度が得られ、かつマイクログロセ、す等のディ
ノタル回路と一体化が容易なアナログ/ディフタル変換
回路が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例に係るアナログ信号(ジタ
ル変換回路の基本構成を示す回路図、第2図は上記第1
図の回路における各信号のタイミングチャート、第3図
は遅延回路の動作を説明するための図、第4図は第1図
の回路の異体的な構成例を示す回路図、第5図は上記第
4図の回路の各信号のタイミングチャート、第6図、第
7図はそれぞれ上記第4図の回路の変形構成例を示す回
路図、第8図はこの発明の他の実施例を示す回路図、第
9図、第10図はこの発明の他の実施例を説明するため
のエクスクル−シブオア回路およびこの回路の各信号の
タイミングチャートである。 11・・・−数回路、12・・・論理回路(論理手段)
、13・・・カウンタ(計数手段)、T1〜T1m・・
・トランジスタ、Cs 〜C8・・・コンデンサ、A・
・・データストローゾ信号、IN・・・アナログ信号、
φ・・・クロックツ臂ルス信号、OUT・・・デ(ゾタ
ル信号、XOR・・・エクスクル−ジグオフ回路、NA
ND・・・ナンド回路、NOT・・・インバータ回路、
XNOR・・・エクスクル−シブノア回路、NOR・・
・ノア回路。 出願人代理人  弁理士 鈴 江 武 彦く  の  
0 ′&    0

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)データストローブ信号をアナログ入力に対応して
    遅延させる遅延手段と、アナ田ダ入力によるデータスト
    ローブ信号の遅れを検出する一致回路と、この一致回路
    の出力するアナログ人力に対応したl譬ルス幅の信号と
    り0.り/臂ルス信号とが供給され一致回路の出力信号
    に対応し九クロ、クツ臂ルスを出力する論理手段と、上
    記論理手段により出力される信号を計数する計数手段と
    を具備することを特徴とするアナログ/ディジタル変換
    回路。
  2. (2)  上記遅延手段は、データス)a−プ信号が楓
    給されアナログ入力で導通制御されるトランジスタと、
    このトランジスタと接地点間に接続されるコンデンサと
    から成シ、上記一致回路の一方の入力端に上記トランジ
    スタよシ出力された遅延信号を供給するとと−に他方の
    入力端にデータストローブ信号を供給するように構成し
    たことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のアナロ
    グ/ディジタル変換回路、。
  3. (3)上記遅延手段は、データストローブ信号が供給さ
    れそれぞれ第1.第2のアナログ入力で導通制御される
    第1.第2のトランジスタと、このトランジスタと接地
    点間にそれぞれ接続される第1.第2のコンデンサとか
    ら成り、上記一致回路の一方の入力端に上記第1のトラ
    ンジスタおよびコンデンサによって遅延されたデータス
    トロ−!信号を供給するとともに他方の入力端に上記第
    2のトランジスタおよびコンデンサによって遅延された
    データストローブ信号を供給するように構成したことを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載のアナログ/ディ
    ジタル変換回路。
  4. (4)上記一致回路はエクスクルーシゾオア回路から成
    り、上記論理手段はエクスクルーシゾオア回路の出力と
    クロ、り信号とが供給されるナンド回路と、このナンド
    回路の出力を反転するインバータ回路とから成ることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載のアナログ/ディ
    ジタル変換回路。
  5. (5)  上記一致回路はエクスクルーシプノ7回路か
    ら成抄、上記論理手段はエクスクル−シブノア回路の出
    力とりa、り信号とが供給されるノア回路から成ること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項記載のアナログ/デ
    ィジタル変換回路。
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