JPS59172828A - アナログ電圧デジタル信号変換回路 - Google Patents

アナログ電圧デジタル信号変換回路

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JPS59172828A
JPS59172828A JP4810483A JP4810483A JPS59172828A JP S59172828 A JPS59172828 A JP S59172828A JP 4810483 A JP4810483 A JP 4810483A JP 4810483 A JP4810483 A JP 4810483A JP S59172828 A JPS59172828 A JP S59172828A
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JP
Japan
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voltage
capacitor
switch
charge
comparison
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JP4810483A
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English (en)
Inventor
Masaji Tanaka
田中 雅二
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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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】 産業上の利用分野 本発明は線型増幅回路(以下、オペアンプ−〇Pと略す
)、スイッチおよびコンデンサを回路要素として構成さ
れる逐次比較型アナログ電圧デジタル信号変換回路(以
下、へDコンバータと称す)に関する。
従来例の構成とその問題点 従来、ADコンバータは、例えば、第1図に示されるよ
うに、オペアンプと重み伺けされた抵抗素子による、い
わゆるラダー抵抗構成とによって回路主部を構成し、こ
の出力をスイッチ群によって所定タイミングで取り出す
方式のものが代表的であるが、この回路方式によれば、
変換精度向上のため、比較基準電圧■REFを分割する
抵抗素子群を各所定抵抗値に合わせるだめのトリミング
工程が必要で、この工程がなかなか面倒で、回路構成の
集積化、とりわけ、モノリシック集積回路化の大きな障
害になっていた。まだ、比較基準電圧を分割する手段と
して、抵抗の代りに、2個の等容量値コンデンサを用い
て、第2図のように、タイミングスイッチで結合し、そ
のコンデンサの電位を逐次スイッチ動作で取り出す方式
も知られているが、この場合、タイミングスイッチの応
動制御が複雑なため、その制御回路部分がかなり複雑に
なるという難点を有する。
発明の目的 本発明は、コンデンサによって比較基準電圧を分割する
方式で、タイミングスイッチの開閉応動に簡単化し、モ
ノリシック集積回路化の容易なADコンバータを提供す
るものである。
発明の構成 本発明は、要約するに、り9ツク信号に応動するスイッ
チにより、第1のコンデンサに所定の比較基準電圧レベ
ルの電荷を蓄電し、この電荷の%を第2のコンデンサに
移し、前記第1のコンデンサに残された電荷を放電し、
ついで、前記第2のコンデンサの電荷の%を前旧第1の
コンデンサに移す順次過程を繰返して、前記第1のコン
デンサの電位を公比%の等比級数的に減衰させるととも
に、その1クロック周期前の減衰レベルを第3のコンデ
ンサに保持し、この第3のコンデンサの電圧に前記第1
のコンデンサの電圧を加算した電圧レベルと入力信号電
圧とを電圧比較回路により比較し、前記入力信号電圧が
比較′電圧レベルより高いとき、前周期の比較電圧を前
記第3のコンデンサに保持し、前記入力信号電圧が比較
電圧レベルより低いとき、前周期に保持した比較電圧を
維持するように回路構成されたアナログ電圧デジタル信
号変換回路であり、これにより、スイッチ動作のタイミ
ングが比較的簡単に調整可能であり、回路構成も電界効
果型トランジスタ化による集積回路化が容易である0 実施例の説明 第3図は本発明の回路構成を原理的に示したものであり
、等容量値の2個のコンデンサC1,C2をそなえ、初
期状態では、一方のコンデンサC2を比較基準電圧レベ
ルに蓄電し、他方のコンデンサは端子間電圧をovにし
ておく。次に、クロック信号により、2つのコンデンサ
01,02間のスイッチS2.S4を連結して、両コン
デンサを縦続すると、電荷が両コ・ンデンサに分配され
て、それぞれのコンデンサの端子間電圧が前記比較基準
電圧の%になる。次のクロック信号でスイッチS2を接
地側に切り換えて、コンデンサC1の電荷を放電し、つ
いで、クロック信号により、再度コンデンサC1,C2
を縦続するという順次過程を繰シ返すと、コンデンサC
2の電荷、しだがって、その電位は、公比%とする等比
級数により、順次減少していく。そこで、これら一連の
減衰電位レベルを、逐次適当に組み合わせて、それと入
力のアナログ信号Aとを電圧比較回路に入力し、その電
圧比較回路から出力を取り出せば、デジタル信号が得ら
れ、結果として、アナログ電圧デジタル信号変換が可能
である。なお、第3図で03.C6は電圧保持用コンデ
ンサであり、OP1〜OP3はオペアンプ、S5.S9
.S12は所定のクロック周期に応動するスイッチであ
る。
第4図は、本発明実施例回路図であり、スイッチ1〜2
0.コンデンサ01〜C9,オペアンプoP1〜OPa
およびインバータエNv1を組み合わぜて、各スイッチ
を所定周期のクロック信号でタイミング動作させるもの
で、第5図に各スイッチ1〜20のタイミング図を示す
。なお、第4図で、切り換えスイッチの可動片接点部の
白丸印は第6図タイミング図における高−レベルパH′
” 側、黒色印は、同じく、低レベル゛°L′′側を表
わしている0次に、第6図のタイミング図を参照して、
第4図の実施例回路の動作を詳しくのべる。
まず、初期状態においては、スイッチ1およびスイッチ
2が、共に°H″側であるから、比較基準電圧Bの入力
がコンデンサC1に加わり、同コンデンサC1がそのレ
ベルに蓄電、保持される。スイッチ3〜スイツチ6がい
ずれもu Hu側であるから、コンデンサCおよびコン
デンサC3ニハ、いずれもスイッチを介しての短絡状態
で、端子間電圧がO■である。また、その間、コンデン
サC4は、スイッチ7が“L n側、スイッチ8、スイ
ッチ9およびスイッチ19がいずれもII HII側で
あることから、出力帰還線を通じて、そのオフセット電
圧の符号反転電圧に保持され、これがオペアンプOP1
の初期入力電圧になる。同様に、オペアンプOP2の面
入力端子間に結合されるコンデンサC6も、スイッチ1
oがL ++側、スイッチ11およびスイッチ2oがパ
H′″側であることにより、オペアンプOP2のオフセ
ット電圧の符号、反転電圧に保持される。さらに、オペ
アンプOPsは、スイッチ16が“°H″側で導通、ス
イッチ15がL II側で、コンデンサC8がその面入
力端子間に結合されてオフセット電圧の符号反転電圧に
保持される。なお、スイッチ13およびスイッチ14は
共に“°L゛側であり、これにより、オペアンプOP3
が入力信号電圧Aと比較基準電圧Bとの入力待ちの状態
にあり、スイッチ18は“′L゛′側、すなわち非導通
であり、インバータINV1を介しての出力端子Cには
初期設定の出力変動が現われないようにしている。
第2段階として、スイッチ1 、スイッチ2およびスイ
ッチ3を、クロック信号により切り換えて、それぞれ、
′L′′側にすると、コンデンサC1の電荷はその半分
(3A)がコンデンサC2に移され、この結果、コンデ
ンサC1,C2とも端子間電圧が初期の比較基準入力電
圧の%値になる。
第3段として、スイッチ4.スイッチ6、スイッチ8お
よびスイッチ19が各′L′′側に、スイッチ2および
スイッチ7が各゛H′”側に、それぞれクロック信号に
よって切り換えられると、オペアンプoP1の+側入力
端子には、コンデンサC4を通じて、コンデンサC2と
コンデンサC3とに保持された各電圧の和のレベルが比
較基準電圧として印加される。詳細にみると、オペアン
プOP1の+側入力端子には、コンデンサC,−,C3
および同C4が直列に接続されるが、この段階では、コ
ンデンサC3に電荷はなく、また、コンデンサC4の電
荷はオフセット電圧を打ち消すだけの電圧レベルであり
、結局、コンデンサC2の端子間電圧レベルがこのオペ
アンプOP1に加えられ、このオペアンプ○P1の電圧
ホロワ−回路構成により、その出力側のコンデンサC5
にはコンデンサC2の端子間電圧レベルが蓄電される。
なお、この段階でコンデンサC1に残る電荷はスイッチ
2(”H”側接続)およびスイッチ1(”L’”側接続
)を通じて放電される。
第4段階として、スイッチ2.スイッチ7、スイッチ9
.スイッチ11およびスイッチ20が′L′′側に、ま
た、スイッチ4.スイッチ5.スイッチ8.スイッチ1
oおよびスイッチ19が“H′側に、それぞれ、クロッ
ク信号によシ切り換えられると、コンデンサC2の電荷
の半分がコンデンサC3に移し返され、同時に、オペア
ンプOP1は、コンデンサC6が出力側から切り離され
、入力状態がコンデンサC4のオフセント保持状態にな
る。一方、オペアンプOP2に関しては、コンデンサC
5およびコンデンサC6が直列でその+側入力端子に接
続されるから、その出力は。
コンデンサC6によってオフセントが打ち消され、コン
デンサC6の端子間電圧に等しくなること。
前記第3段階でのオペアンプOP1の動作と同様である
。そして、その出力は、スイッチ13およびスイッチ1
4がH゛側にあることから、これらを通じて、入力信号
電圧Aとの差電圧として、コンデンサC7に保持される
。つまり、この段階でアナログ入力信号レベルがコンデ
ンサ7に保持されることになる。
次に、第5段階として、スイッチ2.スイッチ7、スイ
ッチ9.スイソ’;F−11,スイノ−f−15。
スイッチ17.スイッチ18およびスイッチ20が“′
H″側に、そして、スイッチ4.スイッチ5スイツチ6
、スイッチ8.スイッチ10.スイソチ13.スイッチ
14 、スイッチ16およびスイッチ19がII L 
II側に、それぞれ、クロンク信号によって切り換えら
れると、コンデンサC1の電荷は放電され、同時に、オ
ペアンプ○P1には、コンデンサC2,コンデンサC4
およびコンデンサC3の直列接続による電圧レベルが入
力され、この電圧レベルがコンデンサC5に蓄電される
このとき、オペアンプOP2は、オフセット電圧の符号
反転電圧がコンデンサC6に蓄電され、この状態で動作
する。一方、オペアンプOP3は、先の段階でコンデン
サC7に保持された電圧とコンデンサC8に保持された
オフセットの符号反転電圧との和の電圧レベル、つ1す
、入力オフセットを牧正した形で、入力信号電圧へとコ
ンデンサC2に蓄電された比較基準電圧とを比較して、
その結果を出力する。そして、この出力が最上位の桁(
1vfs B )のビット出力となり、これがコンデン
サC9に保持され、インバータINV1で反転されて、
出力端子Cに取り出される。丑だ、上記MSBのビット
出力は、スイッチ12のオン/オフ制御にも用いられ、
同出力が高レベル時にはスイッチ12をオフに、同出力
が低レベル時にはスイッチ12をオンに、それぞれ、制
御する。すなわち、比較基準電圧にくらべて、入力信号
電圧Aが高い場合にはスイッチ12がオンになって、比
較しようとしているビットの重みの電圧をコンデンサC
3に加算する。入力信号電圧が低い場合には、スイッチ
12はオフで、コンデンサC3への加算はない。
前述の第4.第6段階を交互に繰り返すと、コンデンサ
C2の線片電圧は、公比%の等比級数で、順次減衰する
。それに伴ない、出力端子Cに現われる出力電圧も、入
力信号電圧Aが、その順次減衰電圧レベルを比較基準電
圧として、この比較基準電圧と比較されて、シリアルに
取り出される入力信号電圧Aは、全比較期間中、保持さ
れるものとする。そして、この第4.第6段階の繰り返
し回数でデジタル変換されるビット数すなわち、アナロ
グ電圧−デジタル信号変換の分解能が決捷り、アナログ
入力レベルに応じて、そのデジタル信号出力は順次最下
位の桁(LSB)側へ移行する0この出力は、−1だ、
後段にシフトレジスタ等を接続して、パラレルなデジタ
ル信号出力にすることもできる。
なお、第4図中の各スイッチ1〜20の可動片側の接続
状態はランダムであるが、その動作は。
第5図のタイミング図にしたがうものである。
第6図は、本発明実施例回路の具体化として、前記第5
図中の各スイッチ1〜20をトランスファゲート回路で
表わしだ回路図であり、第7図にそのトランスファゲー
ト回路を相補形電界効果半導体装置(以下、単に、0M
O3と略す)で構成したときの表示形態を示す。第6図
と第5図との対応関係は、同一構成要素には同一符号を
付しているが、トランスファゲート回路は機能にしたが
って選択できるように設けられており、その数が合判し
ていない点は、第6図が機能本位に表わされており、本
質的には同一である0第6図示の回路構成は、オペアン
プQP1〜OP3ならびに出力バノファ用のインバータ
エN■1をCMO8回路要素で実現ずれは、全ての回路
構成要素を0MO3で実現でき、設計、プロセスとも、
単一化され、モノリノノク化が容易に達成できる。
発明の効果 以」二に詳しくのべたように、本発明によれは、コンデ
ンサC1,C2を等容量値にさえすれば、他のコンデン
サの容量は、原理的には任意の値でよく、したがって、
トリミング工程の省略化が可能である。捷だ、オペアン
プはオフセント調整機能を持つにもかかわらず、スイッ
チの制御のタイミングは比較的簡単である。加えて、本
発明の回路は、モノリシック集積回路化にも適し、AD
コンバータの実現を容易にする工業的利点も犬である。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は従来のADコンバータの主要部回
路例、第3図は本発明実施例回路の原理図、第4図は本
発明実施例回路図、第5図は動作タイミング図、第6図
は本発明実施例の一具体回路図、第7図は回路要素の表
示例を示すものである。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)  クロック信号に応動するスイッチにより、第
    1のコンデンサに所定の比較基準電圧レベルの電荷を蓄
    電し、この電荷の%を第2のコンデンサに移し、前記第
    1のコンデンサに残された電荷を放′屯し、ついで、前
    記第2のコンデンサの電荷の%を前記第1のコンデンサ
    に移す順次過程を繰返して、前記第1のコンデンサの電
    位を公比%の等比級数的に減衰させるとともに、その1
    クロック周期前の減衰レベルを′第3のコンデンサに保
    持し、この第3のコンデンサの電圧に前記第1のコンデ
    ンサの電圧を加算した電圧レベルと入力信号′亀圧とを
    電圧比較回路により比較し、前記入力信号電圧か比較電
    圧レベルより高いとき、今周期の比較電圧を前記第3の
    コンデンサに保持し、前記入力信号電圧が比較電圧レベ
    ルより低いとき、前周期に保持した比較電圧を維持する
    ように回路構成されたアナログ電圧デジタル信号変換回
    路。
  2. (2)第1.第2の両コンデンサが等容量値でなる特許
    請求の範囲第1項に記載のアナログ電圧デジタル信号変
    換回路。
  3. (3)  スイッチがトランスファゲート回路構成でな
    る特許請求の範囲第1項記載のアナログ電圧デジタル信
    号変換回路。
  4. (4)  スイッチおよび電圧比較回路か電界効果型ト
    ランジスタを回路要素として構成された特許請求の範囲
    第1項に記載のアナログ電圧デジタル信号変換回路。
JP4810483A 1983-03-22 1983-03-22 アナログ電圧デジタル信号変換回路 Pending JPS59172828A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62155524U (ja) * 1986-03-25 1987-10-02
CN102006075A (zh) * 2010-12-23 2011-04-06 复旦大学 一种能量节省型电容阵列的逐次逼近型模数转换器

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