JPS6011491B2 - Ad変換回路 - Google Patents

Ad変換回路

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JPS6011491B2
JPS6011491B2 JP7217279A JP7217279A JPS6011491B2 JP S6011491 B2 JPS6011491 B2 JP S6011491B2 JP 7217279 A JP7217279 A JP 7217279A JP 7217279 A JP7217279 A JP 7217279A JP S6011491 B2 JPS6011491 B2 JP S6011491B2
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JP
Japan
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switch
capacitor
conversion
circuit
voltage
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JP7217279A
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JPS55165027A (en
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穆 岩田
博行 菊池
国治 内村
康之 松谷
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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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
    • H03M1/66Digital/analogue converters
    • H03M1/74Simultaneous conversion
    • H03M1/80Simultaneous conversion using weighted impedances

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電荷再分布による容量列形DA変換器を用い
た逐次比較帰還形AD変換回路に関し、特にMOS−L
SIに好適な符号化回路に関するものである。
この種従来のAD変換回路は、例えば、lEEEJo川
雌1 of Solid−SPte CircuitS
、Vol.SC−11、No.6、Decem戊rl9
76、pp740一747“ASegmented 〆
−258aw PCM Voice EncoderU
tiljzingNMOSTechnolo鋤’’に開
示されており、その回路は第1図に示すように構成され
ている。
ここで、1は入力端子、2は電荷再分布による容量列形
DA変換器を構成する容量値IC、公、4C、8C、…
…、2nCの2進重み付けをしたMOSコンデンサ等に
よる容量列、.3はDA変換用スイッチ列、4はより下
位のステップ電圧Vstepを発生するDA変換器(ス
テップ発生器)、5はコンパレータ、6は基準電圧十V
ref、一V肘の極性切換えスイッチ、7はサンプリン
グスイッチ、8は一端接地のスイッチ、9は逐次比較用
レジスタを含む逐次近似制御回路、10はAD変換出力
を取り出す出力端子である。まず最初にスイッチ3は左
端位置となし、スイッチ8をグランド端子に切換え、そ
の状態でサンプリングスイッチ7をいったんグランド端
子に接続してから入力端子1側に切換え、それにより入
力端子1からの入力V‘nを容量列2にサンプリングす
る。次いでスイッチ8を開放し、スイッチ7をグランド
端子に切換える。そのときの容量列2の出力電圧Vou
t=Vinがコンパレータ5に供給され、コンパレータ
5の他方の入力OVと比較され、以て入力電圧Vinの
極性がコンパレータ5により判定される。その判定出力
により逐次近似制御回路9は基準電圧極性切換スイッチ
6を制御し、入力電圧Vinが正電位のときは十VM、
負電位のときは一V的をスイッチ3の各中央端子に供総
合する。次いで、逐次近似制御回路9は所定のァルゴリ
ズムに従ってスイッチ3を制御して電荷の再分布を行い
、コンパレータ5では入力電圧を逐次比較し、その結果
を帰還していく。この逐次近似の過程で出力電圧V。山
の極性が変化するとコンパレータ5の磁性判定出力が変
化し、その極I性反転時に基準電圧を容量列2のMOS
コンデンサに供給するように動作したスイッチ3のスイ
ッチセグメントは右端の位置に切換えられ、基準電圧+
Vrerあるいは−Vrerを所定ステップに分割した
ステップ電圧Vstepが逐次近似の形態で容量列2に
印加され、AD変換が行われる。それにより、出力端子
10からは直列または並列形式のデジタル変換出力が取
り出される。この種回路は、構成が簡単であり、しかも
容量、スイッチを容易に製作できるMOS一LSIで多
く用いられている。このAD変換回路では、両極性の基
準電圧十Vrぜと−Vrefを必要としているが、かか
る基準電圧を供給する電源には出力電圧値の精度、安定
性が要求される点に鑑みて、正負2つの基準電圧源を必
要とすることはコスト増加を招く。
しかも、スイッチとしては十Vrぜ〜一V.e「のよう
に広い動作電圧範囲にわたって動作するものであるを要
し、そのためにはC−MOSによってスイッチを構成し
ている。従って、外付の基準電圧回路が増加したり、C
−MOSを用いることによってLSIのチップ面積が増
加する欠点があった。特に、第1図に示した容量列2の
MOSコンデンサの個数が増大すると、それに対応する
スイッチ3の各スイッチセグメントをC‐MOSで構成
するので、C−MOS個数、すなわちLSIのチップ面
積が著しく増大してしまう。本発明の目的は、上述した
欠点を除去して逐次比較帰還形AD変換回路を提供する
ことにあり、そのために、本発明では、基準電圧を単樋
性となし、入力電圧の極性に応じて、その入力電圧の容
量列への充電方向を切換えるようにし、かかる充電後の
逐次比較を一定の樋性で行うようにする。
以下に図面を参照して本発明を詳細に説賜する。本発明
AD変換回路の一例を第2図に示す。
ここで第1図と同様の個所には同一符号を付してその説
明を省略する。第2図において、71および72は容量
列2の各容量の共通電極をそれぞれ入力端子1およびグ
ランド端子に接続するサンプリング用スイッチ、73お
よび74は容量列2の各容量の他方の電極をDA変換用
切換スイッチ3を介してそれぞれ入力端子1およびグラ
ンド端子に接続するサンプリング用スイッチである。本
発明では、単極性の基準電圧V「erを直接にスイッチ
3の中央端子に供給する。スイッチ3の左側および右側
端子の接続は第1図示の従来回路と同様である。第2図
に示した本発明AD変換回路の動作を第3図のタイムチ
ャートを参照して説明すると、まず第1のタイムス。
ツトにおいてスイッチ71をオン、スイッチ72〜74
をオフとして入力をコンパレータ5に導き、その極性を
判定する。なお、この時点では容量列2への充電は行わ
れず、単に容量列2の共通側に入力電圧Vinが印加さ
れるのみであり、コンパレータ5は時間遅れなしに入力
電圧Vinの犠牲を判定できる。その極性が例えば正極
性の場合、次の第2タイムスロットにおいてスイッチ7
3,72をオン、スイッチ71,74をオフとなし、ま
たスイッチ3はすべて左端の懐点に接続することにより
、入力電圧V;nを容量列2に充電する。一方、負極性
の場合、スイッチ71,74をオン、スイッチ72,7
3をオフとして正極性の場合とは逆の方向に容量列2に
充電する。次に第3タイムスロツトム汎盗は所定のアル
ゴリズムに従って逐次近似制御回路8の制御の下にスイ
ッチ列3を切換えていき、コンパレータ5により逐次比
較を行い、第3図に示すように第1ビット判定、第2ビ
ット判定、・・・・・・というようにしてA/○変換を
行う。ここで、第1タイムスロットで極性判定を行った
時の入力電圧と第2タイムスロットで充電するときの入
力電圧の間に差があると誤差が生じるので、この期間入
力電圧は保持されている必要があるが、MOS−LSI
では帯城制限用サンプル値フィル夕をA/D変換器に前
層することが多く、上記の事項は制約とはならない。
また、コンパレータ5としてはオフセット誤差の小さい
ものが要求されるが、MOS構成のコンパレータの場合
でもチョツパの原理によりこの誤差を除去して理想的な
コンパレータを得ることは容易である。
なお、第2図は非線形のAD変換回路について示したが
、本発明は線形のAD変換回路にも適用できる。また、
DA変換器4は用いなくてもよい。このように、本発明
によれば従来の回路とほぼ同一の回路規模で、基準電圧
を単極性化できる。
従って、基準電圧回路の構成が簡単になり、正負のトラ
ッキングの問題もなくなる。また、スイッチ3に加わる
電圧は正負にわたらないので、スイッチ3をMOSトラ
ンジスタで構成する場合にPチャンネルトランジスタの
みで良く、チップ面積を低減できる。第2図の例では、
容量列2の上部電極(共通電極)に浮遊容量があるとき
には、上部電極に入力電圧Vinを印力して充電する場
合、浮遊容量にも充電がなされるが、その逆の場合では
、かかる上部電極に浮遊容量が充電されないため、両者
ではコンパレ−夕5に加わるDA変換出力のフルスケー
ルが異なり誤差となる。
かかる誤差の影響を除去するために、第4図の本発明の
実施例では、容量列2の共通電極側の浮遊容量と同程度
の容量値Ccの容量21をかかる共通電極に接続し、こ
の容量21の池端をスイッチ31を介してグランド端子
に接続し、しかも容量21の他端をスイッチ32を介し
てスイッチ73と74との接続点に接続する。本例では
、入力電圧V,nが負値をとり、Vinを容量列2の上
部電極から充電する場合、スイッチ31,32をオフと
し、入力電圧Vinが正値をとり、Vinを容量列2の
下部電極から充電するときは、スイッチ32をオン、ス
イッチ31をオフとして、容量21にも充電を行い、そ
の後AD変換を行う場合には、スイッチ31をオン、ス
イッチ32をオフとすれば良い。この場合には、入力電
圧Vinが正のときに、AD変換のフルスケール電圧は
基準電圧に対して容量21の分だけ減少するが、これは
問題とはならない。第4図示の例では入力電圧Vinが
負のときにフルスケール値が小さくなるのに合わせて、
Vinが正のときには容量21によりフルスケール値を
小さくするが、次に入力電圧V:nが負の場合にフルス
ケール値が小さくならないように補正する本発明の更に
他の例を第5図に示す。
第5図において容量列2の共通電極側にスイッチ33の
一端を接続し、その他端には、第4図の場合と同様に容
量値Ccとした容量22とスイッチ34の各一端を接続
し、これら容量22およびスイッチ34の各池端をグラ
ンド端子に接続する。その他の構成は第4図の例と同一
である。本例では、入力電圧Vinが負であるとコンパ
レータ5により判断されたときには「入力電圧V;nに
より容量列2が充電される際にスイッチ33をオフ、ス
イッチ34をオンとなして容量22の電荷を完全に放電
させておく。次いでスイッチ33をオン、スイッチ34
をオフとして、上述した浮遊容量に充電されただけの電
荷量を容量22に移し「以て浮遊容量の影響を除外する
。更にスイッチ33をオフ、スイッチ34をオンとなし
て、容量22の電荷を放電させると共にこの容量22を
容量列2から切り離す。このような状態で、第2図につ
き上述したAD変換動作を続行させる。以上説明したよ
うに、本発明によれば、簡単な回路で基準電圧を単極性
化でき、スイッチの動作電圧範囲も狭くできるので、基
準電圧回路の簡易化、スイッチの簡易化が可能となり、
従って、AD変換回路を偽1化する場合にチップ面積を
小さくできる利点がある。
また、本発明では、簡単な構成の浮遊容量補正回路を付
加することによって、入力電圧Vinが正負いずれの極
性をとってもAD変換出力が誤差な〈取出されるように
できる。
なお、以上の説明では、単樋性基準電圧として正極性の
基準電圧を用いる場合について述べたが、負極性の基準
電圧を用いることもでき、その場合にも上述したところ
と同様に構成できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のAD変換回路の構成を示す回路図、第2
図は本発明AD変換回路の一実施例を示す回路図、第3
図はその動作タイミング図、第4図および第5図は、浮
遊容量補正回路を設けた本発明AD変換回路の構成の二
例を示す回路図である。 1・・・・・・入力端子、2…・・・容量列、3・…・
・DA変換用スイッチ列、4・…・・下位の電圧を発生
するDA変換器、5・…・0コンパレータ、6・・・・
・・基準電圧極性切換えスイッチ、7・・・・・・サン
プリングスィッチ、8・・・・・・スイッチ、9・・・
…逐次近似制御回路、10・・・・・・出力端子、71
,72,73,74……サンプリング用スイッチ、21
,22……容量、31,32,33,34……スイッチ
。 第1図第2図 第3図 第4図 第5図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 容量列を含み、電荷再分布によつてDA変換を行う
    DA変換器を有する逐次比較帰還形AD変換回路におい
    て、前記容量列の共通電極を入力端子あるいはグランド
    端子に接続する第1のスイツチ対と、前記容量列の他方
    の電極を、DA変換用切換えスイツチを介して、前記入
    力端子あるいはグランド端子に接続する第2のスイツチ
    対と、前記入力端子に供給される入力電圧の極性により
    前記第1および第2のスイツチ対を切換えて入力電圧を
    一定の極性で前記容量列に充電するよう制御する回路と
    を具備したことを特徴とするAD変換回路。
JP7217279A 1979-06-11 1979-06-11 Ad変換回路 Expired JPS6011491B2 (ja)

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JPS55165027A JPS55165027A (en) 1980-12-23
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