JPS61144127A - Analog digital converter - Google Patents

Analog digital converter

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Publication number
JPS61144127A
JPS61144127A JP26528484A JP26528484A JPS61144127A JP S61144127 A JPS61144127 A JP S61144127A JP 26528484 A JP26528484 A JP 26528484A JP 26528484 A JP26528484 A JP 26528484A JP S61144127 A JPS61144127 A JP S61144127A
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JP
Japan
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bit
bits
input
order
voltage
Prior art date
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Application number
JP26528484A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshiyasu Yoshizawa
吉沢 寿康
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Publication of JPS61144127A publication Critical patent/JPS61144127A/en
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Abstract

PURPOSE:To simplify the circuit constitution of the input stage by discriminating a high-order bit through the generation of a reference potential and a low-order bit through a voltage subject to level shift for an input analog signal. CONSTITUTION:The analog signal inputted to a terminal 1 is subject to level shift by the 1st series resistor group 3. Each terminal voltage subject to level shift is inputted to emitter followers 4, 5, 6, 7. On the other hand, a high-order 2-bit reference voltage is generated by the 2nd series resistor group and outputted via emitter followers 10, 11, 12, 13. The high-order 2-bit is obtained by comparing voltages of each emitter follower output of the high-order bits and the low-order bits obtained in this way, that is, outputs of comparators 18d, 18h, 18. Further, an output obtained as the result of discrimination of the further 1/4 division of the lowest level of the input dynamic range subject to 1/4 division is obtained from comparators 18a-18c.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は素子数が少なく簡易で、かつ、筐い易いアナロ
グ・デジタル変換器に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to an analog-to-digital converter that has a small number of elements, is simple, and is easy to mount.

〔発明の技術的背景とその問題点〕[Technical background of the invention and its problems]

ビデオ信号等をデジタル符号化する場合、高速に、しか
も高精度にアナログ・デジタル(A/D)変換すること
が要求される。かつ、これをシステムに組込む時には1
周辺回路を簡易なものにして使い易くすることが要求さ
れる。この為、従来、一般的には、第3図に示すように
、直列抵抗群31によって生成された分解能の数に相当
する複数レベルの基準電圧を比較器群32にそれぞれ入
力して、アナログ入力信号と比較させ、その比較結果を
符号化回路33″fc介して符号化することが行なわれ
ている。このような構成のA/D変較器は並列型と称さ
れ、高速動作が可能である。しかしながら、nビットの
符号化を行なわんとする場合。
When digitally encoding a video signal or the like, high-speed and highly accurate analog-to-digital (A/D) conversion is required. And when incorporating this into the system, 1
It is required to simplify the peripheral circuits and make them easy to use. For this reason, conventionally, generally, as shown in FIG. The A/D converter having this configuration is called a parallel type and is capable of high-speed operation. However, when trying to encode n bits.

(2n−x)個もの電圧比較益金必要とし、ビット数の
増加に伴って、比較器が指数的に増大するという不具合
がある。しかも、アナログ信号の入力端子に多数の比較
器の入力端子が接続されているため、入力容量が大きい
。このため高速動作させるためには、信号を入力するた
めの大電流を流せるバッファが必要となり、周辺回路に
制約を与えることとなっている。しかも上記比較器は5
通常第4図に示す如く構成され、エミッタホロワ回路(
35〜40.によって構成される5)を介してレベル比
軟したのち、その比較結果をクロックφ2を受けて正帰
還作用を呈して、高利得に増幅し、これをラッチ出力す
るものとなっている。ここで問題となるのは比較器の入
力電流である。すなわち、比較器内の差動増幅器(41
,42,49,50によって構成される5 )の周波数
特性を上げるためには、ある程度の電流を流さなければ
なら々いため差動増幅器の入力電流が大きくなってし捷
い、これを直接、直列抵抗群31に接続してしまうと、
この入力電流によって基準電圧に誤差を生じ精度が劣化
してしまう。このため、エミッタホロワ回路を挿入して
バッファの働きを持たせているが、それでも入力電流が
多いため、一般的にはこれを無視できるような大電流を
直列抵抗群31に流して精度全保持している。これ=i
IC内で実現するためには抵抗値を小さくする必要から
、配線に用いるアルミニウムまたはシリサイド合金等を
抵抗として用いているが、このようにすると腐食及び熱
の発生に対する信頼性に問題を残し、かつ消費電力が大
きくなってしまうという欠点があった。
This method requires (2n-x) voltage comparison margins, and as the number of bits increases, the number of comparators increases exponentially. Moreover, since the input terminals of a large number of comparators are connected to the analog signal input terminal, the input capacitance is large. Therefore, in order to operate at high speed, a buffer that can flow a large current for inputting signals is required, which places restrictions on peripheral circuits. Moreover, the above comparator is 5
Usually, it is configured as shown in Fig. 4, and the emitter follower circuit (
35-40. After softening the level ratio through the circuit 5), the comparison result is amplified to a high gain by receiving a clock φ2 to exhibit a positive feedback effect, and is latched and output. The problem here is the input current of the comparator. That is, the differential amplifier (41
, 42, 49, and 50, in order to improve the frequency characteristics of 5), a certain amount of current must flow, so the input current of the differential amplifier becomes large, and it is necessary to directly connect it in series. When connected to the resistor group 31,
This input current causes an error in the reference voltage and degrades accuracy. For this reason, an emitter follower circuit is inserted to function as a buffer, but since the input current is still large, generally a negligible large current is passed through the series resistor group 31 to maintain full accuracy. ing. This = i
In order to realize this in an IC, it is necessary to reduce the resistance value, so aluminum or silicide alloy used for wiring is used as a resistor, but this leaves problems with reliability against corrosion and heat generation, and The disadvantage is that power consumption increases.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、
その目的とするところは、高速で、高精度なデジタル変
換処理を行い得、しかも構成素子数を減らしモノリシッ
クIC化を容易にし、周辺回路への制約を軽減すること
により実用性の高いアナログ・デジタル変換器を提供す
ることにある。
The present invention was made in consideration of such circumstances, and
The goal is to perform high-speed, high-precision digital conversion processing, reduce the number of components, facilitate monolithic ICs, and reduce restrictions on peripheral circuits, thereby making analog/digital converters highly practical. The purpose is to provide a converter.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明によれば、上位mビットの基準電圧を発生させ、
各電位よりバッファとしてエミッタホロワ回路を接続す
る一方、前記上位ビットの最小電圧範囲をさらに細分化
した下位tビットを入力アナログ信号とそのレベルシフ
トにより発生させ。
According to the present invention, a reference voltage for upper m bits is generated,
An emitter follower circuit is connected as a buffer from each potential, while lower t bits, which are further subdivided from the minimum voltage range of the upper bits, are generated by an input analog signal and its level shift.

各電位より上位ビット同様にエミッタホロワ回路を接続
する。これら上位ビット、下位ビットのエミッタホロワ
回路の出力を各々の組合わせについて電圧比較器群によ
り比較することで、入力アナログ信号電圧がA/D変換
の分解能のどの最小電圧範囲内にあるかが判定できる。
Emitter follower circuits are connected in the same way as the upper bits of each potential. By comparing the outputs of these upper bit and lower bit emitter follower circuits for each combination using a group of voltage comparators, it is possible to determine which minimum voltage range of the A/D conversion resolution the input analog signal voltage falls within. .

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

このように、本発明によれば、基準電圧発生用抵抗数が
少なくてよく、かつ、エミッタホロワ回路をバッファと
して挿入しているために従来例で述べたような、入力電
流による精度の劣化も抑え込めるため、基準電圧発生用
抵抗に大電流を流す必要もなく、また入力容量も小さい
ため、特別な駆動回路も必要としないことから、素子数
が少なく、簡易で使い易いアナログ・デジタル変換器を
提供できる。
As described above, according to the present invention, the number of resistors for generating the reference voltage is small, and since the emitter follower circuit is inserted as a buffer, the deterioration of accuracy due to input current as described in the conventional example can be suppressed. Since the input capacitance is small, there is no need to run a large current through the reference voltage generating resistor, and since the input capacitance is small, there is no need for a special drive circuit. Can be provided.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、図面を参照して、本発明の詳細な説明する。本発
明による一実施例として4ピツ)A/D変換器を第1図
に示す。アナログ信号が端子1に入力され、これをバッ
ファ用のエミッタホロワ2を介して同一抵抗値Rの第1
の直列抵抗群3によりレベルシフトする。ここで各抵抗
によりレベルシフトされる電圧がA/D変換器の最小量
子化ビット(L、S、B)に相当し、レベルシフトの総
量が、後述する上位ビットの最小分解能に相当する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a 4-pin A/D converter as an embodiment of the present invention. An analog signal is input to terminal 1, and is sent to the first terminal with the same resistance value R via emitter follower 2 for buffering.
The level is shifted by the series resistor group 3. Here, the voltage level-shifted by each resistor corresponds to the minimum quantization bit (L, S, B) of the A/D converter, and the total amount of level shift corresponds to the minimum resolution of the upper bits, which will be described later.

次に、レベルシフトした各端子電圧をエミッタホロワ、
 4,5,6.7に入力する。一方、前記エミツタホロ
ワ用トランジスタ20ベースエミツタ間電圧分のレベル
シフトラ補償するためのトランジスタを介して、第2の
直列抵抗群9により上位2ビツトの基準電圧を発生させ
る。ここでは、4ビツトを上位2ビツト、下位2ビツト
に分割したため。
Next, the level-shifted voltage of each terminal is applied to the emitter follower.
Enter 4, 5, 6.7. On the other hand, a reference voltage for the upper two bits is generated by the second series resistor group 9 via a transistor for compensating for a level shift error corresponding to the voltage between the base and emitter of the emitter follower transistor 20. Here, 4 bits are divided into upper 2 bits and lower 2 bits.

第2の直列抵抗群9の各抵抗値は、前記第1の直列抵抗
群3の抵抗値凡の4倍とすればよい、これによって発生
させた上位2ビット分の基準電圧を各端子に接続された
エミッタホロワ10,11.12.13を介して出力す
る。ここで、入力信号の初段のエミッタホロワの電流源
14と、上位ビットの基準電圧発生用の電流源15との
電流は、所望ビットに応じた精度で整合していなければ
ならないが、どちらか一方を調整してもよい。また、下
位ビットのエミッタホロワの電流源群16の電流値工1
及び上位ビットのエミッタホロワの電流源群17の電流
値■2はそれぞれ同一にすることKより、下位ビットの
トランジスタ4,5,6.7及び上位ビットのトランジ
スタ10,11.12.13の各トランジスタのペース
エミッタ間電圧が同一となるため誤差が小さくなる。こ
のようにして構成した上位ビットと下位ビットの各エミ
ッタホロワ出力間の電圧をそれぞれ比較する電圧比較器
群188〜180を用いて量子化することができる。更
に詳しく説明すると、エミッタホロワ4の出力と、エミ
ッタホロワ10゜11.12.13の出力とを比較する
ことにより、すなわち比較器18d 、 18h 、 
181の出力よジ、上位2ビットが得られる。また、入
力ダイナミックレンジを4分割したうちの最もレベルの
低い部分をさらに4分割して判定した出力は比較器18
a、18b、18Cよよシ得られ、同様に4分割したう
ち下から2.3.4番目は、それぞれ18e、18f 
、18g、およびxsi、18j。
Each resistance value of the second series resistance group 9 may be approximately four times the resistance value of the first series resistance group 3.The reference voltage for the upper two bits generated thereby is connected to each terminal. output through the emitter followers 10, 11, 12, and 13. Here, the currents of the current source 14 of the first-stage emitter follower of the input signal and the current source 15 for generating the reference voltage of the upper bit must be matched with accuracy according to the desired bit, but it is necessary to select one of them. May be adjusted. In addition, the current value generator 1 of the current source group 16 of the emitter follower of the lower bit
The current values of the current source group 17 of the emitter follower of the upper bit and the current values 2 of the current source group 17 of the emitter follower of the upper bit should be the same. Since the pace emitter voltages are the same, the error is reduced. Quantization can be performed using the voltage comparators 188 to 180 that compare the voltages between the emitter follower outputs of the upper bits and lower bits configured in this way. More specifically, by comparing the output of the emitter follower 4 and the output of the emitter follower 10°11.12.13, that is, the comparators 18d, 18h,
181 output, the upper two bits are obtained. In addition, the input dynamic range is divided into four parts, and the part with the lowest level is further divided into four parts, and the output is determined by the comparator 18.
A, 18b, 18C are obtained, and the 2nd, 3rd, and 4th from the bottom are 18e and 18f, respectively.
, 18g, and xsi, 18j.

18に、および18m、18n、18oよシ下位2ビッ
トのデータ生成が行なわれ、前記上位2ピツトと合わせ
て計4ビットのA/D変換器ができる。また、本構成に
よれば、第4図に示した従来の比較器のエミッタホロワ
部は省略してもさしつかえないため、すなわち本発明で
はバッファ用のエミッタホロワがすでに挿入されている
ため、あえて比較器の入力にエミッタホロワを入れる必
要がなく、これを省略した第2図のような比較器でよい
ため比較器を構成する素子数を減少でき、ひいてはA/
D変換器の素子数が少なくてよいという利点もある。
18, 18m, 18n, and 18o generate data for the lower two bits, and together with the upper two bits, a total of 4-bit A/D converter is formed. Furthermore, according to this configuration, the emitter follower section of the conventional comparator shown in FIG. There is no need to include an emitter follower at the input, and a comparator like the one shown in Figure 2 without this can be used, so the number of elements constituting the comparator can be reduced, and the A/
Another advantage is that the number of elements in the D converter may be small.

以上のように本発明によれば、上位ビットは従来と同様
に基準電位を発生させ、下位ビットは入力アナログ信号
のレベルシフトした電圧により判定することで、入力段
の回路構成を簡易にでき、かつ比較器の入力電流による
誤差も抑え込むことができ、しかも、入力の容量が小さ
いため入力信号の駆動が容易であるという実用上絶大な
る効果がある。
As described above, according to the present invention, the upper bit generates a reference potential as in the conventional case, and the lower bit is determined by the level-shifted voltage of the input analog signal, thereby simplifying the circuit configuration of the input stage. Furthermore, errors due to the input current of the comparator can be suppressed, and since the input capacitance is small, it is easy to drive the input signal, which is a great practical effect.

尚、本発明は上記実施例に限定されるものではない。例
えば上位ビット数、及び下位ビット数は仕様に応じて決
めればよく、基準電圧の発生用に本実施例では電流値を
等しくして抵抗に、上位と下位で重みづけを行なったが
、逆に抵抗値を同一にして電流値に重みづけをする、ま
たは両者の組合わせ等適宜変形することができる。要す
るに本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して
実施することができる。
Note that the present invention is not limited to the above embodiments. For example, the number of upper bits and the number of lower bits may be determined according to the specifications.In this embodiment, the current value was made equal to generate the reference voltage, and the resistance was weighted for the upper and lower parts. It is possible to make appropriate modifications such as keeping the resistance values the same and weighting the current values, or a combination of both. In short, the present invention can be implemented with various modifications without departing from the gist thereof.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明によるA/D変換器の一実施例を示す図
、第2図は第1図に示される電圧比較器の一例を示す図
、第3図は従来の並列形A/D変換器を示す図、第4図
は第3図に示される電圧比較器の一例を示す図である。 1・・・アナログ信号六方端子、2,4〜8,10〜1
3.21〜27 、35〜38.41〜47・・・np
nバイポーラトランジスタ3.9.31・・・直列抵抗
群、14,15,16.17・・・電流源、18a〜1
8o、32− @圧比較器(群)、19,20.33 
・・・符号化回路、28〜30 、39 、40 、4
8〜50〜抵抗、34°°°符号化したデジタル信号出
力端子、51.52・・・電圧比較器出力端子、  5
3.54・・・クロック入力端子。 代理人 弁理士 則近憲佑(ほか1名)第1図
FIG. 1 is a diagram showing an example of the A/D converter according to the present invention, FIG. 2 is a diagram showing an example of the voltage comparator shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a diagram showing an example of the voltage comparator shown in FIG. FIG. 4 is a diagram showing a converter, and FIG. 4 is a diagram showing an example of the voltage comparator shown in FIG. 3. 1...Analog signal hexagonal terminal, 2, 4-8, 10-1
3.21-27, 35-38.41-47...np
n bipolar transistor 3.9.31... Series resistance group, 14, 15, 16.17... Current source, 18a-1
8o, 32- @pressure comparator (group), 19, 20.33
...encoding circuit, 28-30, 39, 40, 4
8~50~Resistance, 34°°° encoded digital signal output terminal, 51.52... Voltage comparator output terminal, 5
3.54...Clock input terminal. Agent: Patent attorney Kensuke Norichika (and 1 other person) Figure 1

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)入力アナログ信号をそのレベルシフト量がそれぞ
れ下位ビットの最小分解能分異なるようレベルシフトを
行ない、これを下位ビットの分解能の数だけ発生させる
入力信号のレベルシフト回路と、上位ビットの最小分解
能分異なる基準電圧を上位ビットの分解能の数だけ発生
させる回路と、前記上位ビット側で発生させた電圧と下
位ビット側で発生させた電圧とを上位ビット側と下位ビ
ット側のすべての組合わせについて比較する電圧比較器
とを具備することを特徴とするアナログ・デジタル変換
器。
(1) An input signal level shift circuit that level-shifts the input analog signal so that the amount of level shift differs by the minimum resolution of the lower bits, and generates the same number of signals as the resolution of the lower bits, and the minimum resolution of the upper bits. A circuit that generates reference voltages that differ by the number of resolutions of the upper bits, and a voltage generated on the upper bit side and a voltage generated on the lower bit side for all combinations of the upper bit side and the lower bit side. An analog-to-digital converter comprising a voltage comparator for comparison.
(2)入力信号をレベルシフトする方を上位ビットとし
、他方を下位ビットとす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・デジタル変換器。
(2) The analog-to-digital converter according to claim 1, wherein the level-shifted one of the input signal is used as the upper bit, and the other side is used as the lower bit.
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