JPS59135926A - A/d変換器 - Google Patents

A/d変換器

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JPS59135926A
JPS59135926A JP1087083A JP1087083A JPS59135926A JP S59135926 A JPS59135926 A JP S59135926A JP 1087083 A JP1087083 A JP 1087083A JP 1087083 A JP1087083 A JP 1087083A JP S59135926 A JPS59135926 A JP S59135926A
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JP
Japan
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capacitor
switch
output
input signal
reference voltage
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JP1087083A
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JPH0149056B2 (ja
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Makoto Imamura
誠 今村
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Yokogawa Electric Corp
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Yokogawa Hokushin Electric Corp
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12Analogue/digital converters
    • H03M1/34Analogue value compared with reference values
    • H03M1/38Analogue value compared with reference values sequentially only, e.g. successive approximation type

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (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】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は縦続方式のA/D変換器の改良に関するもので
ある。 〔従来技術」 第1図は従来の縦続型A/D変換器に用いられる1ビツ
トのA/D変換器である。入力信号v、Nが入力端子1
に那えられると、サンプル・ホールド回路(以下S/H
回路と呼ぶ)2でサンプル・ホールドされ、この保持さ
れた電圧V(=V)と基準電圧HIN vR12は比較回路5で比較される。V□<vR/2の
とき比較回路5の出力V。Dはローレベル(L)となり
スイッチS1を閉、 82を開とし演算増幅器4からv
oAI=2■11=2vINを出力する。vH>vR1
2のとき比較回路5の出力voDはハイレベル(H)と
なり、スイッチ5lt−開、 82を閉とし演算増幅器
4からV。A=2vH−vRヨ2vIN−vRを出力す
る。第2図は演算増幅器4からの剰余出力V と入力信
号V□、Jとの関係を図A 示したものである。すなわち人力信号V□、を基準電圧
VR/2と比較して1ビツトの震換ケ行なった後比較電
圧との”剰余1を出力している。第1図に示す1ピツ)
 A/D変換器を複数段縦続接続して前段の剰余出力を
後段の入力とすれば、各段からの1ピツト出力(比較出
力)の輯合わせは複数ビットのA/D変換出力を構成す
る。 ところが第1図に示すような1ピツ) A/D変換器の
場合、S/H回路2、比較回路6、演算増幅器4のオフ
セットおよびスイッチSL、 82のオン抵抗などはす
べてA/D変換器の精度を制限する要因となる。このた
め複雑で高価なコンポーネントを用いなければ良い性能
が得られないという答点かあり、IC化も難しいため、
A/D変換方式の原理としては比較的簡単であるにも拘
らず、縦続型A/D変換器はこれまであま如実用化され
ていなかった。 〔目的〕 本発明は上記の問題点を解決するために々されたもので
あって、簡単な構成で性能が良< IC化の容易な縦続
型A/D変換器を実現することを目的とする。 〔概要〕 上記の目的を達成するために本発明の第1の要旨とする
ところは、第1のキャパシタと、この第1のキャパシタ
の一端に関連して接続する第2のキャパシタと、この第
2のキャパシタの他端に入力端子が接続する反転増幅器
と、上記回路の接続状態をスイッチを用いて切換えるス
イッチ手段とを備え、前記スイッチ手段は入力信号に対
応する電圧で第2のキャパシタを充電し基準電圧に対応
する電圧で第1のキャパシタを充電して前記入力信号と
前記基準電圧の比較を行なった後、前記比較の結果に対
応して前記第1および第2のキャパシタの保持・電圧を
用いて前記入力信号と前記基準電圧に関する算術演算を
行なう回路構成となるよう接続することを特徴とする1
ビツトのA/D変換器に存する。 本発明の第2の要旨とするところぼ、第1のキャパシタ
と、この第1のキャパシタの一端に関連して接続する第
2のキャパシタと、この第2のキャパシタの他端に入力
端子が接続する反転増幅器と、上記回路の接続状態をス
イッチを用いて切換えるスイッチ手段とを備え、前記ス
イッチ手段は入力信号に対応する電圧で第2のキャパシ
タを充電し基準電圧に対応する電圧で第1のキャパシタ
を充電して前記入力信号と前記基準電圧の比較を行なっ
た後、前記比較の結果に対応して前記第1および第2の
キャパシタの保持電圧を用いて前記入力信号と前記基準
電圧に関する算術演算を行なう回路構成となるよう接続
する1ビツトのA/D変換器を複数段縦続接続して各段
のアナログ出力を次段の入力信号とし、各段からの1ビ
、ト出力の組み合わせを出力とした複数ビットのA/D
’変換器に存する。 〔実施例の説明〕 以下図面を用いて本発明を説明する。第3図は本発明の
一実施例を示す電気回路図で、1ビツトのA/D変換器
である。11はアナログ入力信号vINが加えられる入
力端子、S11はその一端がこの入力端子11に接続す
るスイッチ、clはこのスイッチ記スイッチ811.の
他端にその一端が接続する第2のキャパシタ、13はこ
のキャパシタC2の他端がその入力端子に接続する反転
増幅器で、例えば0MO8のインバータなどを用いるこ
とができる。814は前記反転増幅器13の出力端子と
前記入力端子とに接続するスイッチ、R1とR2は前記
反転増幅器13の前記出力端子に接続してその出力を分
圧する、値の等しい抵抗、S16はこの抵抗R1とR2
の接続点と前記キャパシタC1の他端とに接続するスイ
ッチ、815は前記抵抗R1とR2の接続点と前記キャ
パシタC1の一端とに接続するスイッチである。14は
スイッチ811.814を制御するクロックCp1が加
えられるクロック入力端子、15はスイッチ812.8
13 ’(11:制御するクロックCP2が加えられる
クロック入力端子、16けクロックCP3が加えられる
クロック入力端子、17はこのクロックCP3にそのク
ロック入力とし前記反転増幅器13からの比較出力をそ
のD入力とするD形フリップ・フロップ(以下り形F−
Fと呼ぶ)、1BはこのD形F−Fの反転出力および前
記クロックcp3を入力とし出力をスイッチ815に加
えるAND回路、19はこのD形F−Fの非反転出力お
よび前記クロックCP3’に入力とし出力をスイッチ8
16に加えるAND回路である。20は前記反転増幅器
からの出力を外部に送出する出力端子である。 7 なお上記のスイッチSll〜816、D形F’Fおよび
AND回路18.19は上記1ピツ) A/D変換回路
の接続状態をスイッチで切換えるスイッチ手段を構成し
ている。。 次に本回路の動作を説明する。回路全体は第4図に示す
6相のクロックCP1〜CP3によって駆動きれる。 クロックCP1がHとなる第1の区間T1ではスイッチ
311およびS14が閉となシその他のスイッチは開と
なる。スイッチ31.4が閉じていると反転増幅器13
の入出力端子は一足値V (演算増幅器のFF オフセット電圧やインバータのしきい値電圧など)とな
り、したがってキャパシタC2は端子間電圧V  −V
   で充電される。   IN  OFF クロックCP2がBとなる第2の区間T2ではスイッチ
812と813のみが閉となる。このと@CIは基準電
圧vR12に充電され、反転増幅器13の入力゛電圧V
xは R vX” 2− WIN ” vOFF となる。スイッチ814は開いているので、反転増幅器
13は比較器として働き、前記入力電圧VxがvoFF
よシ高いと、すなわち ならば反転増幅器13の比較出力はR1逆の場合にはH
となって、1ピツトのA/D変換出力が得られる。 クロックCP3がHとなる第6の区間T3ではスイッチ
S15またはS16のどちらか一方だけが閉となる。区
間T2における演算増幅器13からの比較出力はクロッ
クCP3の立上がりのタイミン/’D形F−F17の出
力側に転送され、前記比較出力がLのとき515 が閉
じ前記比較出力がHのときS16が閉じて、どちらの場
曾もVx ” VOFFとなって平衡する。すなわち、
比較出力がLのときは、 Vx −”−(Vx、−vOFF )−■OFFよす、
反転増幅器13の出力Voは Vo y 2V N となる。一方比較出力がHのときは、同様に0vR vx”   ”   ”IN’−vOFF)″vOFF
2 よシ Vo=2V  −V N  R となり剰余出力が得られる。 上記に示した関係から明らかなように、このような構成
とすることにより、A/D変換出力および剰余出力に対
するオフセットの影響を原理的に無くすことができる。 またキャパシタを用いた方式比較回路、算術演算回路な
どを1つの反転増幅器で実現しているため構成が簡単で
ある。更に回路の主要部分はアナログ・スイッチ、イン
バータ。 小容量のキャパシタ、同一抵抗値の抵抗ペア曵けて、特
に高性能な素子を必要としないのでIC化に向いている
。 なお嘱3図の回路において、入力信号によってキャパシ
タC2を充電する際に信号源インピーダンスが高いと充
電時間が長くなる。この点を改善するためには、第5図
のP点にバッフ丁B(図は省略)を仲人してその出力を
キャパシタC2に加えるようにずれはよい。この場合に
バッフ丁Bのオフセットは反転増幅器13のオフセット
と同様に考えることができ、オフセット・キャンセルの
利点はそのまま残すことができる。 第5図は本発明の第2の実施例を示したものでの 第5図A/D ’!m換器を4つ縦続接続して4ビツト
のA/D変換器を構成したものである。すなわち31〜
34は第5図の1ピツ) A/D変換器で、初段のA/
D変換器31の入力V として信号人力V が加えらI
NI                 INれ、以下
各段のA/D変換器の剰余出力が次段の信号人力となっ
ている。第6図に示すようにクロックCPI〜CP3を
A/D変換器31〜34に位相をずらして加えることに
よシ、進行波的な高速変換が可能となる。41〜50は
各段からのA/D変換出力を保持・転送するだめのD形
F−Fで、A/D変換器31からの1ビツトのA/D変
換出力はCp3タイミングでD形F−F 41に保持さ
れ、各クロックによってD形F−F42、44.47へ
と次々に転送される。他の段のA/D変換器3礼33.
34からのA/D変換出力も同様にして転送逼れ、最終
的にD形F−F 47.4B、 49.50からの各出
力D3. D2. DI、 Do として4ビツトのA
/D変換出力を得ることができる。 このような構成とすることによシ、第6図の場合と同様
の利点を生じる外に、A/D変換出力のビット数、すな
わち精度を高めることができる。 なお上記の実施例では1ピツ) A/D f換器を4段
用いる場合を示したがこれに限らず、段aを更に増やす
ことも可能である。 またこの場合のA/D変換の精度は各段毎の2つの抵抗
(第4図のR1と12 )のマツチングによってのみ決
まり各段同志のマツチングは不要であるから、精度を高
めることが容易である。 なお第5図におけるD形F −F 41.43.46.
50は各段のA/D変換器31〜34が有するD形F−
F (例えば第5図の17)で兼用することもできる。 〔発明の効果〕 以上述べたように本発明によれば、簡単な構成で性能が
良く、IC化の容易な縦続型A/D変換器を実現できる
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の縦続形A/D変換器を示す電気回路図、
第2図は第1図の回路の動作を説明するためのタイム・
チャート、第3図は本発明の・−実施、例を示す電気回
路図、第4図は第3図の回路の動作を説明するためのタ
イム・チャート、第5図は本発用の第2の実施例を示す
ブロック図、纂6図は第5図の動作を説明するためのタ
イム・チャートである。 13・・・反転増幅器、31〜34・・・1ピツ)=A
/D変換器、C1,C2・・・キャパシタ、S11〜8
16・・・スイッチ、vIN、vIN□〜vIN4・・
・入力信号、VR/2 ・、iji準電圧、Vo、 V
o  −Vo4・・・アナログ出力、DO〜D ・・・
1ピッ3 ト出力。 盾 l 帽 」に 第 Z 帽

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (リ 第1のキャパシタと、この第1のキャパシタの一
    端に関連して接続する第2のキャパシタと、この第2の
    キャパシタの他端に、その入力端子が接続する反転増幅
    器と、上記回路の接続状態をスケッチを用いて切換える
    スイッチ手段とを備え、前記スイッチ手段は入力信号に
    対応する電圧で第2のキャパシタを充電し基準電圧に対
    応する電圧で第1のキャパシタを充電して前記入力信号
    と前記基準′4圧の比較全行なった後、前記比較の結果
    に対応して前記2g1および第2のキャパシタの保持電
    圧を用いて前記入力信号と前記基準電圧に関する算術演
    算を行なう回路構成となるよう接続することを特徴とす
    る1ピツトのA/D変換器。 (2)  スイッチおよび反転増幅器を0MO8で構成
    した特許請求の範囲比1項記載のA/D変換器。 (3)  第1のキャパシタと、この第1のキャパシタ
    の一端に関連して接続する第2のキャパシタと、この第
    2のキャパシタの他端にその入力端子が接続する反転増
    幅器と、上記回路の接続状態をスイッチを用いて切換え
    るスイッチ手段とを備え、前記スイッチ手段は入力信号
    に対応す石電圧で第2のキャパシタを充電し基準電圧に
    対応する電圧で第1のキャパシタを充電して前記入力信
    号と前記基準電圧の比較を行なった後、前記比較の結果
    に対応して前記第1および第2のキャパシタの保持電圧
    を用いて前記入力信号と前記基準電圧に関する算術演算
    を行なう回路構成となるよう接続する1ビツトのA/D
    変換器を複数段縦続接続して各段のアナログ出力を次段
    の入力信号とし、各段からの1ビツト出力の組み合わせ
    を出力とした複数ビットのA/D変換器。 (4)  スイッチおよび反転増幅器を0MO8で構成
    した特許請求の範囲第6項記載のA/D変換器。
JP1087083A 1983-01-26 1983-01-26 A/d変換器 Granted JPS59135926A (ja)

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JPS59135926A true JPS59135926A (ja) 1984-08-04
JPH0149056B2 JPH0149056B2 (ja) 1989-10-23

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ID=11762370

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6236922A (ja) * 1985-08-09 1987-02-17 Yokogawa Hewlett Packard Ltd A/d変換器
JPH06120827A (ja) * 1992-10-01 1994-04-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd A/d変換器

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JPS5446461A (en) * 1977-08-26 1979-04-12 Intel Corp Mos ad converter
JPS54111247A (en) * 1978-01-27 1979-08-31 Nat Semiconductor Corp Precise multiple input voltage amplifier and comparator

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