JPS59122016A - ラツチドコンパレ−タ - Google Patents

ラツチドコンパレ−タ

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Publication number
JPS59122016A
JPS59122016A JP23060082A JP23060082A JPS59122016A JP S59122016 A JPS59122016 A JP S59122016A JP 23060082 A JP23060082 A JP 23060082A JP 23060082 A JP23060082 A JP 23060082A JP S59122016 A JPS59122016 A JP S59122016A
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JP
Japan
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transistor
circuit
collector
converter
voltage
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Pending
Application number
JP23060082A
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English (en)
Inventor
Takeo Sekino
関野 武男
Hitoshi Takeda
竹田 仁
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Publication of JPS59122016A publication Critical patent/JPS59122016A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
    • H03K3/26Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use, as active elements, of bipolar transistors with internal or external positive feedback
    • H03K3/28Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use, as active elements, of bipolar transistors with internal or external positive feedback using means other than a transformer for feedback
    • H03K3/281Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use, as active elements, of bipolar transistors with internal or external positive feedback using means other than a transformer for feedback using at least two transistors so coupled that the input of one is derived from the output of another, e.g. multivibrator
    • H03K3/286Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use, as active elements, of bipolar transistors with internal or external positive feedback using means other than a transformer for feedback using at least two transistors so coupled that the input of one is derived from the output of another, e.g. multivibrator bistable
    • H03K3/288Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use, as active elements, of bipolar transistors with internal or external positive feedback using means other than a transformer for feedback using at least two transistors so coupled that the input of one is derived from the output of another, e.g. multivibrator bistable using additional transistors in the input circuit
    • H03K3/2885Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use, as active elements, of bipolar transistors with internal or external positive feedback using means other than a transformer for feedback using at least two transistors so coupled that the input of one is derived from the output of another, e.g. multivibrator bistable using additional transistors in the input circuit the input circuit having a differential configuration

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)
  • Manipulation Of Pulses (AREA)

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】 産業上の利用分野 この発明は高速のA/Dコンバータなどに適用して好適
なラッチドコンバレータに関する。
背景技術とその問題点 高速のA/Dコンバータには、主として第1図に示すよ
うな並列型と、第2図に示すような直並列型とがある。
すなわち、第1図の並列型A/Dコンノ(−夕は8ビツ
トのA/D変換を行5%合であるが、255個の電圧比
較回路A1〜A255 +有し、この比較回路A1〜A
255において、アナログ入力端子■inか255ステ
ツプの基準電圧(V1〜V255 )とそレソれ電圧比
較され、その比較出力がエンコーダ(1)に供給されて
8ビツトのデジタル出力DO〜D7が取り出される。
また、第2図の直並列型A/Dコンバータも8ビツトの
A/D変換を行うものであるが、入力端子Vinが前段
の4ビツトの並列型A/Dコンバータ(2)に供給され
て上位4ビツトのデジタル出力D7〜D4が取り出され
る。そして、この4ビツトD7〜D4がD/Aコンバー
タ(3)に供給されてアナログ電圧Vmに変換され、差
動アンプ(4)で得た電圧Vinと電圧Vmとの差の電
圧(VtnVm)が後段の4ビツトの並列型A/Dコン
バータ(5)に供給されて下位4ビツトのデジタル出力
D3〜Doが取り出される。
しかし、第1図の並列型A/Dコンバータでは、アナロ
グ入力電圧Vinをnビットのデジタル出力に変換する
場合、(2”−1)個の電圧比較回路を必安どし、素子
数が多くなってIC化した場合のチップサイズが太き(
なると共に、消費成力が大きくなってしまう。
その点、第2図の直並列型A/Dコンバータでは、(m
 十n )ビットのデジタル出力に変換する場合でも、
電圧比較回路は(2” + 2n−2)個でよ(、従っ
て、チツプザイズや消費電力を小さくできる。
しかし、このコンバータでは、D/Aコンバータ(3)
が必要である。しかも、上位ビット変換用の前段のA/
Dコンバータ(2)と、D/Aコンバータ(3)との間
に誤差があると、これがそのまま変換誤差として現れ、
上位ピッ)・と下位ビットとの接なぎ目で誤差を生じて
しまう。すなわち、アナログ入力電圧Vinが例えば単
調増加していくとき、デジタル出方の下位ビットから上
位ビットへ桁上けがある点で、デジタル出力がディップ
し、単調増加しな(なってしまう。
この直並列型A/Dコンバータの欠点を除去するものと
して、本出願人は先に第3図に示すような改良型のA/
Dコンバータを提案した。この改良されたA/Dコンバ
ータはD/Aコンバータ(3)及び差動アンプ(4)を
夫々省略して構成したもので、下位4ビツト用のA/D
コンバータ(5)は上位4ビツト用のA/Dコンバータ
(2)のコンバータ出力によって形成されたコントロー
ルパルスにより制御される。
第4図はその具体例で、この例は4ビツト変換の場合で
ある。図において、上位2ビツト用のA/Dコンバータ
(6)は3個の電圧比較回路M1〜M3とエンコータ責
7)とで構成され、下位2ビツト用のA/Dコンバータ
(8)もまた、3個の電圧比較回路N1〜N3とエンコ
ーダ(9)とで構成される。
端子01J、02間には所定の電圧が印加され、これら
の間には抵抗値の等しい15個の分圧用抵抗器Rが直列
接続され、これら抵抗器Rによって形成された16ステ
ツプの基準電圧V15〜■0がV15〜V12・V11
〜V8.■7〜■4・■3〜■0の4組に分割され、そ
の組を代表する電圧■12 + V8 + ■4 (及
びVo )とアナログ入力電圧Vinとが電圧比較され
てデジタル出力の上位2ビツトD3 + D2が取り出
される。そして、この上位2ビットD3.D2に対応し
て電圧の組■に〜Vk−3(k=15 、11 、7)
が選択され、この選択された組の電圧■に〜Vk−aと
入力電圧Vinが電圧比較されてデジタル出方の下位2
ビットD1.Doが取り出される。
電圧の組Vk−Vk−aの選択はエンコーダ(7)、具
体的にはこれに入力される電圧比較回路M1〜M3の出
力P3〜Poによって行なわれる。また選択された電圧
のm乞下位2ビット変換用の電圧比較回路NM”N3に
供給するため、図示のような差動スイッチ8Wが設けら
れる。このスイッチSWは差動アンプで構成される。
第5図は差動スイッチSWを含めた直並列型A/Dコン
バータの具体例である。
なお、第5図では、紙間の都合により回路図を第5図A
とBとに分割して示す。
比較回路M3〜Mlは、それぞれ、トランジスタQmx
 、Qm2のエミッタが定電流源Smに共通接続されて
構成され、比較回路N3〜N1は、それぞれ、トランジ
スタQ旧、Qn2のエミッタが定′屯流源Snに共通接
続されて構成される。
差動スイッチSwは電圧比較回路Ai j (1=4〜
1゜j=3〜1)で構成される。この比較回路Aijは
、それぞれ、トランジスタQ1. Q2のエミッタが電
流スイッチ用のトランジスタQ3のコレクタに共通接続
されて構成される。なお、比較回路Ai3〜Ailは、
本来、比較回路へ3〜N1の初段として動(ものである
また、16ステツプの基準電圧V15〜voのうち、4
ステツプごとの電圧■12.■8.■4が比較回路M3
〜M1のトランジスタQm lのベースに供給され、電
圧V15〜■131 V7〜■5が比較回路A4j・A
2jのトランジスタQ2のベースに供給されると共に、
3!L6W圧V9〜Vo l v1〜v3カ比較Do路
Aaj I AtjのトランジスタQ1のベースに供給
されろ。さらに、比較回路M3〜M1のトランジスタQ
m2のベースと、比較回路AIjのトランジスタQl、
 Q2のうち、電圧V15〜V1が供給されなかったト
ランジスタのベースとに、アナログ入力電圧Vinが伸
−給される。
また、比較回路M3のトランジスタQmxのコレクタ出
力P3が比較回路A4 jのトランジスタQ3のベース
に供給され、比較回路M3のトランジスタQrr+zと
比較回路M2のトランジスタQmtとのワイアードアン
ド出力P2が比較回路A3jのトランジスタQ3のベー
スに供給され、比較回路M2のトランジスタQm 2と
比較回路M1のトランジスタQmxとのワイアードアン
ド出力P1が比較回路A2jのトランジスタQ3のベー
スに供給され、比較回路M1のトランジスタQmzのコ
レクタ出力Poが比較回路A1jのトランジスタQ3の
ベースに供給すれる。
そして、比較回路Aia〜AitのトランジスタQ3の
エミッタが定電流源83〜S1にそれぞれ共通接続され
る。また、比較回路M3= Mlの出力P3〜P1が上
位ビット用のエンコーダ(7)に供給されてデジタル出
力の上位2ビットD3.B2が取り出される。
さらに、比較回路Aia〜AijのトランジスタQ1 
+Q2のコレクタが、それぞれ比較回路N3〜N1のト
ランジスタQnx + Qn2のベースに共通接続され
る。そして、比較回路N3のトランジスタQn sのコ
レクタ出力B3、比較回路へ3のトランジスタQ112
と比較回路N2のトランジスタQn1とのワイアードア
ンド出力B2、比較回路N2のトランジスターn2と比
較回路N1のトランジスタQn lとのワイアードアン
ド出力B1が下位ビット用のエンコーダ(9)に供給さ
れると共に、エンコーダ(7)からビットD2がエンコ
ーダ(9)に供給され、エンコーダ(9)からはデジタ
ル出力の下位2ビットDI、DOが取り出される。なお
、エンコーダ(71、(91の真理値表の一例を第6図
及び第7図に示す。
このような構成において、例えば第5図に■として示す
ように、アナログ入力電圧Vinが、Vr >Vin>
Vsであるとする(以下、信号のレベルを示す”H”、
′L”には■に対応してサフィックス1をつける)。
すルト、Vi2 > B8 > Vin t(−ノテ、
比較口M B3 。
B2のトランジスタQm1のベースは″′H7,トラン
ジスタQIT12のベースは”j’、となってトランジ
スタQmtのコレクタは”LT、トランジスタQm 2
のコレクタ“B7となる。また、Vi n > B4な
ので、比較回路M1のトランジスタQm1のベースはL
7 T FランジスタQm2のベースはHWとなってト
ランジスタQmiのコレクタはHM p )ランジスタ
QmzのコレクタはL7となる。従って、p3=”B7
1 B2 =″’L7 、 Pl、=亙pPO−″′L
¥となるので、第6図からD3=″0”、B2−1”と
なる。
また、B3−”? + ”2−”M * Pl ”” 
”M y PO=”Mなので、比較回路A2jのトラン
ジスタQ3だけがオンとなり、比較回路A2jにおいて
入力電圧Vinと基準電圧V7〜■5とが比較される。
そして、B7> Vin > B6なので、比較回路A
23のトランジスタQ1のベースは″′L7.トランジ
スタQ2のベースは”H′XとなってトランジスタQ1
のコレクタは”H′1゜トランジスタQ2のコレクタは
′L7となると共に、比較回路A22 r A21のト
ランジスタQ!のベースは″′Hτ、トランジスタQ2
のベースはLTとなってトランジスタQlのコレクタは
″L7.トランジスタQ2のコレクタは′H′Xとなる
、 そして、これら出力が比較回路N3〜N1に供給さ
れているので、比較回路N3のトランジスタQn 1の
コレクタは一+L7 、トランジスタQn 2のコレク
タはH7となると共に、比較回路N2.N1のトランジ
スタQ旧のコレクタは″H′X、トランジスタ勉2のコ
レクタは”LTとなる。従って、B3−”L+¥。
B2−””1 v B1−“LTとなると共に、D2=
”1”なので、第7図からDI=”l”+ DO”’ 
”0”となる。
従って、アナログ入力電圧Vinが■として示すようK
 、 B7 ) Vin) B6のときには、デジタル
出力D3〜Doとして0110”が得られる。そして、
このときの入力電圧Vinは端数を切り捨てて量子化す
れば、接地側から数えて第6番目のステップのレベルで
あり(接地電位を第0番目とする)、6=″’0110
”であるから、D3〜Do−0110”は正しいデジタ
ル出力である。
また、例えば第5図に■として示すように、アナログ入
力電圧Vinが、■lo > Vin ) B9である
とする(以下、信号のレベルを示すH”、”L”には■
に対応してサフィックス2なつける)。
すると、Vtz>Viaなので、比較回路M3のトラン
ジスタQm1のベースはH;・、トランジスタQm2の
ベースは′L′2となってトランジスタQm 1のコレ
フタはL’2 + )ランジスタQm2のコレクタはn
Hとなる。また、Vr n > Vs > B4なので
比較回路M2゜MlのトランジスタQm 1のベースは
”L量r FランジスタQm2のベースは61刊となっ
てトランジスタQm1のコレクタはH:’ r Fラン
ジスタQmzのコレクタは号となる。u’Eって、B3
−L’2 + ”2−“’H; 、 Pl:”L’; 
、 po−’“号となるので、第6図からD3=”1”
B2−”0″となる。
また、B3−””l + B2 ”=“B2 r ”1
−L;−P。=”L;なので、比較回路A3jのトラン
ジスタQ3だげがオンとなり、比較回路A3jにおいて
人力′α圧Vinと基準電圧v9〜Vllとが比較され
る。そして、B9〈■団<VIOなので、比較回路A3
3のトランジスタQ1のベースはL’:、 、 )ラン
ジスタQ20ベースは”川となつ℃トランジスタQ1の
コレクタは’H’2’ 。
トランジスタQ2のコレクタは”L;となると共に、比
較回路A32 z A31のトランジスタQlのベース
は″′H;、トラ、ンジスタQ2のベースはL;となっ
てトランジスタQ1のコレクタは””l a Fランジ
スタQ2のコレクタはH;となる。
そして、これら出力が比較回路N3〜N1に供給されて
いるので、比較回路N3のトランジスタQnlのコレク
タは?IL′2.トランジスタQn 2のコレクタは′
川となると共に、比較回路N2.N1のトランジスタQ
nrのコレクタは″”2 t )ランジスタQn 2の
コレクタはL量となる。従って、B3=”’2 rB2
=“H’2 + ”1−”L量となると共に、D2=”
0”なので、第7図からDI=“0”+DO”’”1”
となる。
従って、アナログ入力電圧■inが■として示すように
、VIO> Vi n > B9のときには、デジタル
出力D3〜Doとして10吋”が得られる。そして、こ
のときの入力電圧Vinは端数を切り捨てて量子化すれ
ば、接地側から数えて第9番目のステップのレベルであ
り、9−1001’であるから、D3〜DO−1001
”は正しいデジタル出力である。
ところで、上述した下位2ビツト用のA/Dコンバータ
(8)に設けられる比較回路N3〜Nlを上述したよう
な差動アンプだけで構成するのではな(、この差動アン
プの出力である比較出力B3〜Blを一旦ラッチし、そ
のラッチ出力をエンコーダ(91に供給するように構成
する場合には、比較回路N3〜N1の代りにラッチドコ
ンパレータが使用される。
第8図はその一例を示す構成図であって、図は比較回路
N2に対応した回路構成図である。ラッチドコンパレー
タ(2o)は図のように電圧比較回路N2のほかにこの
比較回路N2の出力をラッチするラッチ回路(2I)が
設けられる。
ラッチ回m 121+は一対のトランジスタQa 、 
Qb ヲ有し、夫々のエミッタが共通に接続されると共
に、一方のトランジスタのベースと他方のトランジスタ
のコレクタとが接続されたもので、比較回路N2のトラ
ンジスタQ旧のコレクタ出方(比較出力)B2がトラン
ジスタQbに供給され、他方のコレクタ出力Blが一方
のトランジスタQaのベースニ供給される。
比較回路N2とラッチ回路(21)とはその動作が相補
的に制御される。そのため、図のように一対のトランジ
スタQc 、 (Jdよりなるスイッチング用差動アン
プ(221が設けられ、夫々に供給されるパルス”c 
+ Pc (サンプリングパルスに同期したもの)でス
イッチング制御される。(23)は電流源、Ra、 R
,Lはコレクタ抵抗呑である。
この構成において、パルスPCがハイレベルのとぎ、比
較動作が行なわれ、ローレベルのときその比較出力がラ
ッチされる。
さて、このようにラッチドコンパレータ(20+を使用
する場合には電圧比較器Aizで入力電圧Vinと基準
電圧■nとの電圧比較が行なわれたのち、再び比較回路
N2で電圧比較動作が行なわれるものであるから、後段
の比較回路N2で必袂な比e蛎作時間だけ比較出力B1
 、 B2が連れてしまう。そのため、A/Dコンバー
タのサンプリング周期を速くすることができず、A/D
変換の高速化が阻害される。
さらに、エンコーダ(91に対する最終段の差動増1@
部としての比較回路N2にDCオフセットがあると、こ
れを調整する手段が通常設けられていないために、結果
的にA/I)変換の精度が悪くなってしまう。
発明の目的 そこで、この発明ではA/D変換の高速化を達成すると
共に、変換精度の向上を図ったものである。
発明の概要 そのため、この発明ではラッチドコンパレータを構成す
る差動構成の電圧比較回路をその前段に並列接続された
差動入力が供給される複数の差動増幅回路で兼用したも
のである。
実施例 続いて、この発明の一例を上述したA/Dコンバータ用
のコンパレータに適用した場合につき第9図以下を参照
して説明する。
この発明では第9図に示すように、電圧比較回路Ai2
のコレクタ出力をそのままラッチ回路21)に供給する
。従って、コレクタ抵抗益鳥及び比較回路N2は不要で
ある。トランジスタQ。のコレクタは直接電源に接続さ
れる。
この構成においても、電圧比較回路Aizで電圧比較さ
れたコレクタ出力が、パルスPCの供給でラッチされる
ことになるから、比較回路N2を設げないだけ遅延時間
がな(なるから比較スピードが速く、従って、サンプリ
ング周波数は80 MHz以上の周波数を使用できるよ
うになるから、A/D変換の高速化を達成できる。DC
オフセットの問題もありえない。
ところで、第9図のように構成した場合、トランジスタ
Ql 、 Q2のコレクタとIC用基板との間のコレク
タを生g量csや、コレクターベース問答tccnさら
には配線容量CL等の容量が負荷抵抗器1もLKえ1し
、並列に介在されることになり、これらの総合容量と負
荷抵抗器几りの抵抗値とによる時定数のため、電圧比較
回路Aizとランチ回路(2])との間で信号の遅延が
生ずる。特に、第9図のように多数の電圧比較回路が並
列接続されている場合には総合容量は電圧比較回路の1
161 N借になるので、時定数が一層大きくなって、
信号の遅延かより大ぎくなってしまう。
使って、上述のように比較回路、N2を省略して信号の
遅延を防止してもまだ十分な遅延防止対策とは言い難い
第10図はこのような点を考慮して改良されたもので、
電圧比較回路Aizを構成するトランジスタQ1. Q
2に対し夫々カスコード接続されたトランジスタQi、
 Qjが設けられ、このトランジスタQi 、 Qjを
介してコレクタたる差動出力がラッチ回路(2+)に供
給されるようになされている。
このように構成すると、カスコードトランジスタQi 
p Qjのエミッタ抵抗γもと上述した総合容量とによ
って線路時定数が決まる。エミッタ抵抗値はカスコード
トランジスタQi 、 Qjを流れるエミッタ電流に比
例して減少するから、工e(几りとなる。従って、カス
コードトランジスタQi 、 Qjを接続することによ
って負荷抵抗器KLの影響がな(なり、時定数は大幅に
小さくなって、ラッチ回路(21)までの信号線路での
遅延を大幅に改善できる。
このようにして、信号の遅延が太ぎく改善されて、第9
図の場合よりもより高速動作が期待できる。
なお、上述では高速A7./Dコンバータ用のラッチト
コンバレータにこの発明を適用I−たが、ラツチドコン
バレータの入力段に、並列接続された多数の差動増幅回
路が接続されているような回路にもこの発明を適用する
ことができる。
また、動作説明としては4ビツト構成のもの九ついて行
ったがそのビット数には制限されずすべての場合にこの
発明を適用できる。そして、上述では比較回路N2につ
いてのラッチドコンパレータについ又適用したが、他の
比較回路N3.N1にも当然に適用される。
発明の詳細 な説明したようにこの発明では、回路構成の共用化を図
ることにより、信号の遅延をな(してA/D変換の高速
化を図ることができると共に、DCオフセットの発生が
少な(なるからA/D変換精度が向上する。第10図の
ようにすれは、A/D変換の一層の高速化をル」待でき
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は兼列型A/Dコンバータの説明図、第2図は直
並列型A/Dコンバータの説明図、第3図はこの発明の
説明に供する改良された直並列型A/Dコンバータの一
例を示す説明図、第4図はその具体例を示す要部のブロ
ック図、第5図は14図構成をより具体的に示した接続
図、第6図。 び冥7図はエンコーダの真理値を示す図、第81ハコノ
発明の説明に供するラッチドコンパレーの接続図、第9
図及び第10図は夫々この発明に係るラッチドコンパレ
ータの一例を示す接続図。 ある。 (21、(51、(61、(91はA/Dコンバータ、
AI J t N1〜”3 + Ml〜M3は電圧比較
回路、(20)はラッチド;ンハレータ、(2I)はラ
ンチ回路、(22)はスイツチン。 回路、Qi 、 Qjはカスコードトランジスタであ4
尋 代理人 炉外 官 支 閃 り

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. ラッチドコンバレータを構成する差動構成の電圧比較回
    路がその前段に並列接続された差動入力が供給される複
    数の差動増幅回路で兼用されてなるラッチドコンバレー
    タ。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6028320A (ja) * 1983-07-27 1985-02-13 Hitachi Ltd 比較器回路

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