JPS61182332A - A/d変換回路 - Google Patents
A/d変換回路Info
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- JPS61182332A JPS61182332A JP2165285A JP2165285A JPS61182332A JP S61182332 A JPS61182332 A JP S61182332A JP 2165285 A JP2165285 A JP 2165285A JP 2165285 A JP2165285 A JP 2165285A JP S61182332 A JPS61182332 A JP S61182332A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は積分方式A/D変換回路に係り1%にディジタ
ルオーディオ用モノリシックICに好適な、コンパレー
タレベル無調整のA/D変換回路に関する。
ルオーディオ用モノリシックICに好適な、コンパレー
タレベル無調整のA/D変換回路に関する。
従来のディジタルオーディオ用16ビツトA/D変換回
路は、特開昭57−133720に記載のように1重み
づけされた電流源で順次積分を行うことにより、比較的
低い周波数のクロック信号を使用することがで診、モノ
リシックIC化を可能とした。
路は、特開昭57−133720に記載のように1重み
づけされた電流源で順次積分を行うことにより、比較的
低い周波数のクロック信号を使用することがで診、モノ
リシックIC化を可能とした。
積分方式A/D変換回路は、積分容量および積分用電流
のバラツキにより変換ゲインのバラツキを生じるため絶
対精度を得る変換器には適していないが、単調整と直線
性に優れているためディジタルオーディオ等の相対精度
だけが重要な変換器には適した回路である。
のバラツキにより変換ゲインのバラツキを生じるため絶
対精度を得る変換器には適していないが、単調整と直線
性に優れているためディジタルオーディオ等の相対精度
だけが重要な変換器には適した回路である。
−個の積分用電流源で変換を行う単純な積分方式の場合
、変換時間10μs2分解能16ピツトとすると必要と
されるクロック周波数fCLKはfctr:≧(2−1
)/10μs = 6.5GHzと、非常て高い周波数
となり実現性がない。
、変換時間10μs2分解能16ピツトとすると必要と
されるクロック周波数fCLKはfctr:≧(2−1
)/10μs = 6.5GHzと、非常て高い周波数
となり実現性がない。
2縦続積分方式の場合は、積分用電流源を2個設け、そ
の重みづけの比を2′:1とするとfCLK≧((2”
−t )+(2’−1))/4oμs = 63.8
MHzとなり、クロック周波数を大幅に低減できる効果
がある。反面、2縦続積分方式では2個の比較器を設け
ろ必要があり、その比較器の比較レベルは上位9ビツト
カウンタの最大カウント数が(2@−1)、下位7ビツ
トカウンタの最大カウント数が(2’−1)となるよう
に設定される。
の重みづけの比を2′:1とするとfCLK≧((2”
−t )+(2’−1))/4oμs = 63.8
MHzとなり、クロック周波数を大幅に低減できる効果
がある。反面、2縦続積分方式では2個の比較器を設け
ろ必要があり、その比較器の比較レベルは上位9ビツト
カウンタの最大カウント数が(2@−1)、下位7ビツ
トカウンタの最大カウント数が(2’−1)となるよう
に設定される。
この比較レベルの設定は精晩を得るために重要であり、
2個の比較レベルの間隔が狭くなりすぎろと、下位カウ
ンタの最大カウント数が(2−1)以下となり直線性が
劣化する。また間隔が広くなりすぎろと、下位カウンタ
のカウント数は(2’−1)以上となり、上位カウンタ
にキ丁す−アップを行っても、やがて変換時間が不足し
てやけり変換直線性は劣化する。
2個の比較レベルの間隔が狭くなりすぎろと、下位カウ
ンタの最大カウント数が(2−1)以下となり直線性が
劣化する。また間隔が広くなりすぎろと、下位カウンタ
のカウント数は(2’−1)以上となり、上位カウンタ
にキ丁す−アップを行っても、やがて変換時間が不足し
てやけり変換直線性は劣化する。
また、2個の比較レベルが正しく設定されていても積分
用電流値や積分容量値が基準値から変化すれば、上述と
同様に直線性が劣化する。
用電流値や積分容量値が基準値から変化すれば、上述と
同様に直線性が劣化する。
積分方式A/D変換器の変換ゲインのバラツキΔvoは
Δt@ΔI
Δ”=jC
で表される。Δtは時間軸のバラツキであるが。
これは水晶発振器等の使用により無視できるので、変換
ゲインのバラツキは容量値と電流値のバラツキに起因す
る。変換ゲインが大きくなることは比較レベルの間隔が
狭くなることと等価であり、小さくなることは間隔が広
くなることに相当するからである。
ゲインのバラツキは容量値と電流値のバラツキに起因す
る。変換ゲインが大きくなることは比較レベルの間隔が
狭くなることと等価であり、小さくなることは間隔が広
くなることに相当するからである。
したがって縦続積分方式のA/D変換器では。
変換ゲインのバラツキに応じて比較器の比較レベルを調
整する必要があった。
整する必要があった。
またクロック信号の不要輻射等の妨害を避け。
かつIC化を容易にするため、より低いクロック周波数
を使用したい場合には、縦続分割数を多くする方法が有
効である。この場合重みづけ電流源の比精度が厳しくな
るが、トリミング等の方法で解決で譚る。しかし分割数
を多くした分だけ比較器及び比較レベルの調整がふえ、
複雑になるという問題がある。従来のシステムでは、変
換ゲインに応じて、歪率最少(リニアリティ・最良)と
なる点に調整を行っており、比較器の比較レベルの無調
整化については配慮されていなかった。
を使用したい場合には、縦続分割数を多くする方法が有
効である。この場合重みづけ電流源の比精度が厳しくな
るが、トリミング等の方法で解決で譚る。しかし分割数
を多くした分だけ比較器及び比較レベルの調整がふえ、
複雑になるという問題がある。従来のシステムでは、変
換ゲインに応じて、歪率最少(リニアリティ・最良)と
なる点に調整を行っており、比較器の比較レベルの無調
整化については配慮されていなかった。
本発明の目的は、上記した問題点を解決した比較器の比
較レベルを無調整とし、かつ必要とするクロック周波数
を低減したディジタルオーディオ用A/D変換モノリシ
ックICを提供することにある。
較レベルを無調整とし、かつ必要とするクロック周波数
を低減したディジタルオーディオ用A/D変換モノリシ
ックICを提供することにある。
縦続積酋方式A/Dコンバータ比較レベルの直線性保持
範囲を明らかにし、積分方式A/Dコンバータの比較器
比較レベルと積分電流値の相対関係圧着目して、A/D
コンバータICにおいて比較レベルを初期設定する際に
、IC内基準電圧源に比例した比較レベル電圧と積分電
流を得ることにより、基準電圧のバラツキおよびドリフ
)K対して比較レベルと積分電流を追従させ直線性の劣
化を防ぐことにより無調整化を図った。
範囲を明らかにし、積分方式A/Dコンバータの比較器
比較レベルと積分電流値の相対関係圧着目して、A/D
コンバータICにおいて比較レベルを初期設定する際に
、IC内基準電圧源に比例した比較レベル電圧と積分電
流を得ることにより、基準電圧のバラツキおよびドリフ
)K対して比較レベルと積分電流を追従させ直線性の劣
化を防ぐことにより無調整化を図った。
以下6本発明の一実施例を第1図により説明する。第1
図は、クロック周波数を低減するために16ビツトのデ
ィジタルデータを上位6ピノト、中位5ビツト、下位5
ビツトの3分割にして変換を行い、かつ3個の電圧比較
器の比較レベルを無調整とした3縦続積分方式A/D変
換回路のブロック図であり、第2図はその動作を示すタ
イミング図である。
図は、クロック周波数を低減するために16ビツトのデ
ィジタルデータを上位6ピノト、中位5ビツト、下位5
ビツトの3分割にして変換を行い、かつ3個の電圧比較
器の比較レベルを無調整とした3縦続積分方式A/D変
換回路のブロック図であり、第2図はその動作を示すタ
イミング図である。
第1図において1.11はアナログ電圧入力端子。
12 、13は抵抗、14はサンプリング用スイッチ、
115は積分容量、16は高入力インピーダンスオペア
ンプ、 18は反転バッファである。21〜23は第1
〜第3の比較器、24〜26は第1〜第3のカウンタ、
27は第2のカウンタから第1のカウンタべのキャリー
アップ、28は第3のカウンタから1第2のカウンタへ
のキャリーアップを示す。31〜33は第1〜第3の電
流スイッチ、29は各カウンタおよび各電流スイッチを
制御する制御回路であり、20はクロック信号入力端子
、7〜9はカウンタ24〜26にクロック信号を入力す
るゲート回路である。40は基準電圧源である定電圧電
源回路、80は基準電圧源40の電圧を分割する電圧分
割回路、70は基準電圧源40の電圧に応じた電流に変
換する電圧−電流変換回路、50は電圧−電流変換回路
70の出力電流値を基量電流とし。
115は積分容量、16は高入力インピーダンスオペア
ンプ、 18は反転バッファである。21〜23は第1
〜第3の比較器、24〜26は第1〜第3のカウンタ、
27は第2のカウンタから第1のカウンタべのキャリー
アップ、28は第3のカウンタから1第2のカウンタへ
のキャリーアップを示す。31〜33は第1〜第3の電
流スイッチ、29は各カウンタおよび各電流スイッチを
制御する制御回路であり、20はクロック信号入力端子
、7〜9はカウンタ24〜26にクロック信号を入力す
るゲート回路である。40は基準電圧源である定電圧電
源回路、80は基準電圧源40の電圧を分割する電圧分
割回路、70は基準電圧源40の電圧に応じた電流に変
換する電圧−電流変換回路、50は電圧−電流変換回路
70の出力電流値を基量電流とし。
2:2:1即ち1024 : 32 : 1に重みづげ
された積分用電流源である。
された積分用電流源である。
第2図だおいて、17はバッファ18の出力電圧波形で
ある。101に示すサンプリング期間だけ。
ある。101に示すサンプリング期間だけ。
サンプリングスイッチ14が閉となり、入力端子11の
アナログ電圧が積分容量15とオペアンプ16で構成さ
れた積分器に入力され、積分器出力電圧はVlとなる。
アナログ電圧が積分容量15とオペアンプ16で構成さ
れた積分器に入力され、積分器出力電圧はVlとなる。
次にスイッチ14は1020期間開とし、電流スイッチ
31を閉とすることにより。
31を閉とすることにより。
1024倍に重みづけされた電流が積分器の積分容量か
ら引かれ、積分器出力電圧は急速に上昇し。
ら引かれ、積分器出力電圧は急速に上昇し。
比較器21の比較電圧CLHに達すると電流スイッチ3
1は開となる。この期間103を第10カウンタ24で
計数する。次にスイッチ32を閉とし、第2の比較器2
2の比較電圧CLMになるまでの期間104を第20カ
ウンタ25で計数する。次にスイッチ33を閉とし、第
3の比較器の比較電圧 CLLになるまでの期間105
を第3のカウンタ26で計数する。この後24の値、2
5の値、26の値゛を縦続接続した16ビツトの値がデ
ィジタル変換値となる。以上が動作の概要であるが1次
に比較器21〜23の比較レベルCLH,CLM、CL
Lの設定範囲について説明する。
1は開となる。この期間103を第10カウンタ24で
計数する。次にスイッチ32を閉とし、第2の比較器2
2の比較電圧CLMになるまでの期間104を第20カ
ウンタ25で計数する。次にスイッチ33を閉とし、第
3の比較器の比較電圧 CLLになるまでの期間105
を第3のカウンタ26で計数する。この後24の値、2
5の値、26の値゛を縦続接続した16ビツトの値がデ
ィジタル変換値となる。以上が動作の概要であるが1次
に比較器21〜23の比較レベルCLH,CLM、CL
Lの設定範囲について説明する。
比較器の比較レベルの範囲は重みづげされた積分用電流
比とクロック周波数及び変換時間によって決定される。
比とクロック周波数及び変換時間によって決定される。
カウンタを上位6ビツト。
中位5ビツト、下位5ビツトの構成にすると積分用電流
源の電流比は2:2:1となり、変換時間を10μsと
するとクロック周波数fcLKはfcLK≧((2°−
1)+(2’−1)+(2’−1))/loμS= 1
2.5 MHz となる。−力出力デイジタル値のILSBに相当する入
力アナログ電圧をΔとすると各比較レベルの、関係は次
のようになる。
源の電流比は2:2:1となり、変換時間を10μsと
するとクロック周波数fcLKはfcLK≧((2°−
1)+(2’−1)+(2’−1))/loμS= 1
2.5 MHz となる。−力出力デイジタル値のILSBに相当する入
力アナログ電圧をΔとすると各比較レベルの、関係は次
のようになる。
CLM≧CLL 十(2’−1)・Δ
CLH≧CLM + (2’−1)・2°・3以上より
CDL=CLM−CLL≧31・Δ
CDM二CLH−CLM≧31−7・ΔとなI:)CD
L 、CDMの最少値が決まる。
L 、CDMの最少値が決まる。
また第1のカウンタのカウント数をNH,第2のカウン
タのカウント数をNM、@3のカウンタのカウント数を
NL、各カウンタのカウント数の合計をΣNとすると ΣN = E%JH+ NM −ト NLまた
。7’CLK = 14MHzとすると、変換時間内に
許容されるカウント数は ΣN≦10μs/(1/14MHz)= 140CLK
となる。ΣNが最大となるのは、CDM、CDLが最大
となった時であり、第2カウンタから第1のカウンタへ
のキャリーアップを1とするとNH= (2’−1)−
1= 62 となり、CDLおよびCD Mの変化の割合をXとする
と NM=31・2“・Δ・X/2゛・Δ NL = 31・Δ・X/Δ となる。
タのカウント数をNM、@3のカウンタのカウント数を
NL、各カウンタのカウント数の合計をΣNとすると ΣN = E%JH+ NM −ト NLまた
。7’CLK = 14MHzとすると、変換時間内に
許容されるカウント数は ΣN≦10μs/(1/14MHz)= 140CLK
となる。ΣNが最大となるのは、CDM、CDLが最大
となった時であり、第2カウンタから第1のカウンタへ
のキャリーアップを1とするとNH= (2’−1)−
1= 62 となり、CDLおよびCD Mの変化の割合をXとする
と NM=31・2“・Δ・X/2゛・Δ NL = 31・Δ・X/Δ となる。
ΣN = 62+31X+31X≦140よりX≦1.
26 したがって CDL≦31・Δ・X=39Δ CDM≦31・2“Δ・X = 1248Δとなり最大
値が求められる。最大値と最小値の中点を設定値とすれ
ば CDL=35Δ CDM=1120Δ となり、およそ±11%以内の比較レベルの変化は許容
範囲内であり、リニアリティの劣化はないことカーわか
る。即ち積分容債、積分電流等の変換ゲインと比較レベ
ルの相対バラツキが±11%以下であれば、リニアリテ
ィは劣化しない。
26 したがって CDL≦31・Δ・X=39Δ CDM≦31・2“Δ・X = 1248Δとなり最大
値が求められる。最大値と最小値の中点を設定値とすれ
ば CDL=35Δ CDM=1120Δ となり、およそ±11%以内の比較レベルの変化は許容
範囲内であり、リニアリティの劣化はないことカーわか
る。即ち積分容債、積分電流等の変換ゲインと比較レベ
ルの相対バラツキが±11%以下であれば、リニアリテ
ィは劣化しない。
一方、一般の集積回路(IC)における変換ゲイン、比
較器比較レベルのバラツキはおよそ次のようである。
較器比較レベルのバラツキはおよそ次のようである。
定電圧電源の電圧値のバラツキ:±10%、IC2内の
抵抗値の絶対値バラツキ:±20%、ICに外付けする
容量のバラツキ:±5%であり、変換ゲインのバラツキ
は合計±35%にもなる。第3図は本発明の具体回路例
であるが第3図に示すように、基準電流を決める抵抗7
2をICの外付とすれば、±1%穆度の抵抗が容易に使
えるので変換ゲインのバラツキは±16%におさえるこ
とができる。さらに比較器の比較レベルを作る電圧分割
回路80を電流を決定する基準電圧源40に従属させて
設ければ、±10%の定電圧電源電圧値のバラツキは相
対バラツキとしてキャンセルさせることができる。抵抗
81 、82 、83の比精度を±5%にとれば、変換
ゲインと比較電圧の相対バラツキは±11%以内にする
ことができ無調整化が可能となる。第3図において、8
9がCLL、88がCLM、87がCLHである。
抵抗値の絶対値バラツキ:±20%、ICに外付けする
容量のバラツキ:±5%であり、変換ゲインのバラツキ
は合計±35%にもなる。第3図は本発明の具体回路例
であるが第3図に示すように、基準電流を決める抵抗7
2をICの外付とすれば、±1%穆度の抵抗が容易に使
えるので変換ゲインのバラツキは±16%におさえるこ
とができる。さらに比較器の比較レベルを作る電圧分割
回路80を電流を決定する基準電圧源40に従属させて
設ければ、±10%の定電圧電源電圧値のバラツキは相
対バラツキとしてキャンセルさせることができる。抵抗
81 、82 、83の比精度を±5%にとれば、変換
ゲインと比較電圧の相対バラツキは±11%以内にする
ことができ無調整化が可能となる。第3図において、8
9がCLL、88がCLM、87がCLHである。
と、ニア) で、CLL=OV、CLM=2mV、CL
H=64mVとすると、基準電圧源40の出力電圧は通
常2〜3vであるため、抵抗81と抵抗83の比は10
00(@ Kもなり、±5%の精度を得るのは容易では
ない。
H=64mVとすると、基準電圧源40の出力電圧は通
常2〜3vであるため、抵抗81と抵抗83の比は10
00(@ Kもなり、±5%の精度を得るのは容易では
ない。
同一サイズの抵抗をシリーズ接続、パラレル接続して比
を得ることは可能であるが1回路規模が大芦くなりあま
り得策ではない。
を得ることは可能であるが1回路規模が大芦くなりあま
り得策ではない。
第4図は本発明の相対バラツキを小さくする別の実施例
である。電圧分割回路80と電圧−電流変換抵抗を兼用
とし、ICの外付けとすれば、゛1%精変の抵抗が使用
でき電圧−電流変換精度は±3%以内に、電圧分割精度
も容易に±3%以内にすることができる。基準電流は周
知のカレントミラー回路73 、74 、75 、76
で精度よく得ることができ、積分容量のバラツキ±5%
とあわせて無調整化が可能となる。
である。電圧分割回路80と電圧−電流変換抵抗を兼用
とし、ICの外付けとすれば、゛1%精変の抵抗が使用
でき電圧−電流変換精度は±3%以内に、電圧分割精度
も容易に±3%以内にすることができる。基準電流は周
知のカレントミラー回路73 、74 、75 、76
で精度よく得ることができ、積分容量のバラツキ±5%
とあわせて無調整化が可能となる。
本発明によれば1以上説明したように定電圧電源に、電
圧−電流変換回路と電圧分割回路をともに従属させ、゛
精度を要する抵抗をICの外付けとすることにより容易
に、変換ゲインと比較レベルとの相対バラツキを小さく
することができるので、クロック周波数が低いため不要
輻射の少いIC化に適した縦続積分方式A/D変換IC
を無調整で作れる効果がある。
圧−電流変換回路と電圧分割回路をともに従属させ、゛
精度を要する抵抗をICの外付けとすることにより容易
に、変換ゲインと比較レベルとの相対バラツキを小さく
することができるので、クロック周波数が低いため不要
輻射の少いIC化に適した縦続積分方式A/D変換IC
を無調整で作れる効果がある。
第1図は本発明の一実施例を示すブロック図第2図は第
1図の動作説明図、第3図と第4図は本発明の相対バラ
ツキ低減の具体回路例である。 40・・・基準電圧回路。 70・・・40に従属した電圧−電流変換回路。 80・・・40に従属した電圧分割回路。 72・・・電圧−電流変換抵抗。 87 、88 、89・・・比較器の比較レベル。
1図の動作説明図、第3図と第4図は本発明の相対バラ
ツキ低減の具体回路例である。 40・・・基準電圧回路。 70・・・40に従属した電圧−電流変換回路。 80・・・40に従属した電圧分割回路。 72・・・電圧−電流変換抵抗。 87 、88 、89・・・比較器の比較レベル。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、積分器、重みづけされた複数の電流源、該電流源の
電流を積分器に断続する複数のスイッチ、積分器の出力
電圧レベルを比較する複数の比較器、各電流源に対応し
て設けられた複数のカウンタおよび該複数のスイッチ、
カウンタ等を制御する制御回路を具備し、積分器に接続
された第1の電流源のスイッチを続とし、積分器にサン
プリングされた入力アナログ電圧レベルが第1の比較器
の比較レベルになるまでの期間を第1のカウンタで計測
し、次に上記第1の電流源のスイッチを断、第2の電流
源のスイッチを続とし、該積分器出力レベルが第2の比
較器の比較レベルになるまでの期間を第2のカウンタで
計測し、以下同様な動作を行った後、複数のカウンタの
計測値を縦続接続した値を変換ディジタル値とする積分
方式A/D変換回路において、基準電圧回路、該基準電
圧回路に従属した比較電圧発生回路、該基準電圧回路に
従属した電圧−電流変換回路を備え、上記基準電圧回路
に従属した比較電圧発生回路の複数の出力を上記複数の
比較器の比較レベルとなし、上記基準電圧回路に従属し
た電圧−電流変換回路の出力を基準電流源とし、該基準
電流源の電流値と上記重みづけされた複数の電流源の電
流値とを一定の比率と成し、基準電圧回路の出力電圧値
の変化に応じて、積分電流値と比較器、比較レベルとを
変化させ、直線性を保ち得るように成したことを特徴と
するA/D変換回路。 2、特許請求の範囲第1項において、基準電圧回路に従
属した比較電圧発生回路は、基準電圧回路である定電圧
回路の出力に、縦続接続された複数の抵抗を接続し、該
複数の抵抗の接続点を比較電圧とし、上記基準電圧回路
に従属した電圧−電流変換回路は、該定電圧回路の出力
にトランジスタのベースを接続し、該トランジスタのエ
ミッタとグランド間に電流変換抵抗を挿入し、該トラン
ジスタのコレクタ出力電流を電圧−電流変換回路の出力
電流としたことを特徴とするA/D変換回路。 3、特許請求の範囲第1項において、基準電圧回路に従
属した比較電圧発生回路は、基準電圧回路である定電圧
回路の出力に、トランジスタのベースを接続し、該トラ
ンジスタのエミッタとグランド間に縦続接続された複数
の抵抗を接続して構成し、該複数の抵抗の接続点を比較
電圧とし、該トランジスタのコレクタ出力電流を電圧−
電流変換回路の出力電流としたことを特徴とするA/D
変換回路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2165285A JPS61182332A (ja) | 1985-02-08 | 1985-02-08 | A/d変換回路 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2165285A JPS61182332A (ja) | 1985-02-08 | 1985-02-08 | A/d変換回路 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61182332A true JPS61182332A (ja) | 1986-08-15 |
Family
ID=12060977
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2165285A Pending JPS61182332A (ja) | 1985-02-08 | 1985-02-08 | A/d変換回路 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS61182332A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08125538A (ja) * | 1994-10-24 | 1996-05-17 | Nec Corp | ディジタル・アナログ変換器 |
US5939902A (en) * | 1997-01-30 | 1999-08-17 | Nec Corporation | Integrating circuit internally included in semiconductor device |
-
1985
- 1985-02-08 JP JP2165285A patent/JPS61182332A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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