JPS61218228A - A/d変換回路 - Google Patents

A/d変換回路

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JPS61218228A
JPS61218228A JP5835185A JP5835185A JPS61218228A JP S61218228 A JPS61218228 A JP S61218228A JP 5835185 A JP5835185 A JP 5835185A JP 5835185 A JP5835185 A JP 5835185A JP S61218228 A JPS61218228 A JP S61218228A
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JP
Japan
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capacitor
circuit
switch
voltage
capacitors
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Pending
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JP5835185A
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English (en)
Inventor
Katsumi Iwata
岩田 克美
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 この発明は、A/D変換回路に関するもので、例えば、
電荷平衡型比較器を駆使したA/D変換回路に利用して
有効な技術に関するものであるゆ〔背景技術〕 従来より、A/D変換回路として、2’R分圧(pot
enLiometric)方式のものが日刊工業新聞社
昭和55年11月30日rマイコンエイジのA/D−D
、/A変換技術講相良岩男著の頁88・−89によって
公知である。このA/D変換回路では、2Nの多数の抵
抗が必要になるゆそこで、第2I!iに示すように、電
荷平衡型比較器を用いることによって、上記抵抗の数を
減らしたA/D変換回路が米国ナショナルセミコンダク
タ社から提案されている(上記文献「マイコンエイジの
A/D −D/A変換技術」の頁88〜92又は日経マ
グロウヒル社1980年1月21日付「日経エレクトロ
ニクス」頁159〜169参照)。
このA/D変換回路では、例えば、キャパシタCにラダ
ー抵抗RLによって形成された第1のスイッチトリーs
’riを介した基準電圧と入力アナログ信号Vtnとの
差分を入力して、その正負を増幅回路で増幅して出力の
論理レベルを決定する。
上記同じラダー抵抗RLの適当なタップの基準電圧を第
2のス・イソチドリ−3T 2を介してC/4のキャパ
シタに供給する。このキャパシタC/4を用いて、同様
な動作によって、下位2ビツトのディジタル信号を形成
するものである。これによって、必要な抵抗の数をは一
′l/4に低減できるし、スイッチトリーの段数も少な
くできる。
しかしながら、上記キャパシタC,C/4として、MO
S容量を用いると、次のような問題の生しることが本願
発明者の研究によって明らかにされた。すなわち、上記
MOS容量は、電圧依存性を持つものであるので、言い
換えるならば、その両電極に印加される電圧により容量
値が変化する。
したがって、第2図のA/D変換回路では、上記キャパ
シタCとC/4のサイズ比を4itのように形成しても
、キャパシタCとC/4けそれぞれ別のスイッチトリー
から供給される基f!電圧が供給されることの結果、そ
れぞれの実効的な容)値が興なってしまう、これによっ
て、下位ビットのA/D変換精度を決定する上記容R比
が変動し°てしまうという問題が生じる。
〔発明の目的〕
この発明の目的は、高精度と回路の簡素化を図ったA/
D変換回路を提供することにある。
この発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、
この明NWの記述および添付図面から明らかになるであ
ろう。
〔発明の概要〕
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記の通りである。
すなわち、上位NビットのA/D変換出力を形成するキ
ャパシタCに対して、下位MビットのA/D変換出力を
形成するキャパシタC/2Mの容量値にされたキャパシ
タには、同じス・イソチドリ−からの基準電圧を供給す
ることによっ′ζ、両キャパシタC,C/214にほり
同じ電圧が印加されるようにするものである。
〔実施例〕
第1図には、この発明の一実施例の回路図が示されてい
る。同図のA/D変僕回路は、特に制限されないが、公
知のMOS半導E* m il 9回路の製造技術によ
り、1個のシリコンのような半導体基板上において形成
される。
安定化された基準電圧V refと回路の接地電位Ov
との間に抵抗が直列に挿入され、これらの抵抗からNビ
ットのディジタル信号を形成するための分圧端子か取り
出される。したがって、これらの抵抗の数は、2N(i
lとされ、2’−1個の分圧端子が取り出される。
これにより、アナログ信号変換電圧がスケーリングされ
る。この先は、デコーダを着ねたアナログスイッチが設
けられている。これらのアナログスイッチは、特に制限
されないが、スイッチトリー (tree)デコーダ構
造で、接続点が順次法がりながら上記分割抵抗の分割端
子に結合されている。
なお、このス−(7チトリーに代え、マトリックス構造
のデコーダ等も利用できる。
上記スイッチトリーの基点は、3伏態接点のスイッチS
W3を介してキャパシタCの一方の電極に接続される。
このキャパシタCの他方の電極は、入力抵抗値か無限大
に近くされた反転増幅回vIIvCの入力に結合される
。この反転増幅回路VCの入出力間には、入力アナログ
信号Vtr+の号ンプリングのためのスイッチSW1が
設けられる。上記スイッチS XV 3の接点aは、入
力アナログ(R号Vinが供給される。接点すは、開放
状態を作り、接点Cは上記スイッチトリーSTの基点に
接続される。この実施例では、上記スイッチSW3の共
通電極には、サンプル/′ホールド回路SHが設けられ
る。
また、上記スイッチトリーSTの基点は、上記キャパシ
タCの1/4の容量値にされたキャパシタC/4の一方
の電極に直接接続される。このキャパシタC/4の他方
の電極は、上記反転増幅回路VCの入力に結合されてい
る。
上記スイッチトリーSTを構成する各スイッチは、レジ
スタ(ラッチ回路)R1の出力によりその分岐選択が行
われる。上記スイッチトリーSTのうち、下位の2ビツ
トに対応するスイッチは、レジスタR2の出力によって
も選択的に分岐選択が行われる。
この実施例のA/Dp換回路の動作を次に説明する。
まず、スイッチSW3は、接点a側に接続される。この
時、スイッチSW1は閉じられ、ス・イッチSW2は開
放状態にされる。これによって、キャパシタCは、入力
アナログfa号Vinから反転増幅回路VCのバイアス
電圧を差し引いた電圧に充電される(サンプリング状!
a)。
上記キャパシタCの容量値をCとし、反転増幅回路のバ
イアス電圧をVLとし、反転増幅回路VCの入力端子と
回路の接地電位点の間の寄生容量をC3とし、この時の
スイッチトリーからの電圧VDとすると、反転増幅回路
VCの入力端子側からみた総電荷量Q1は、次式+1)
により求められる。
Q1=C(VL−Vin) +C/4 ・ (VL−VD)+C5VL   (1)
次に、スイッチSW3は、接点C側に切り換えられると
ともに、スイッチSW1は開放状態にされる(比較状態
)。
この場合、総電荷量Q1はその時の反転増幅回路VCの
入力端子の電圧をVnとすると、次式(2)より求めら
れる。
Q1=C(Vn−VD) +C/4・ (Vn二VD)+C5Vn   (2)こ
こでVn#VLならば、総電荷量Q1は変化しないから
VD#Vinとなる。このようにして、゛入力アナログ
信号VinとスイッチトリーSTを介した分圧電圧とが
比較される。また、この分圧電圧がサンプル/ホールド
回路SHに入力される。
例えば、Vin>分圧電圧なら反転増幅回路VCの出力
はハイレベル(H)に、逆にVin<分圧電圧なら反転
増幅回路vCの出力はロウレベル(L)にされる、この
出力によって、上記スイッチトリー s ’rの分岐制
御を行うレジスタR1の出力が、二分法を用いることに
より上位ビットから順に決定される。これによって、こ
の実施例では、レジスタR1の6ビツトのディジタル信
号が6回のサンプリング状態と比較状態との繰り返しの
後に決定される。
統いて、スイッチSW3は、接点す側に接続され、上記
の操作によって決定されたレジスタr?1の6ビツトに
よる分圧電圧がサンプル/ホールド回路SHに保持され
る。この実施例では、上記同じスイッチトリーS′rと
、1/4の容量値にされたキャパシタC/4を用い′ζ
、下位2ビツトのディジタル信号をレジスタR2から取
り出すものである。このため、上記同じ動作がキャパシ
タC/4によって行われる。この場合、まず、スイッチ
SW3は、接点a側に接続されるとともに、スイッチS
WIは閉じられ、スイッチSW2は開放状態にされる。
このとき、スイッチトリーSTを介した分圧電圧は、レ
ジスタR1の下位2ビツトをレジスタR2の2ビツトで
置き換えた計6ビツトによる電圧にされる。これによっ
て、キャパシタCには入力アナログ信号Vinから反転
増幅回路VCのバイアス電圧を引いた電圧に充電され、
キャパシタC/4には上記分圧電圧から反転増幅回路V
Cのバイアス電圧VCのバイアス電圧を引いた電圧に充
電される(サンプリング状態)。
この時の上記総電荷量をQ2とすると、次式(3)%式
% 次に、スイッチSW3は、接点す側に切り換えられると
ともに、スイッチSWIは開放状態にされ、スイッチS
W2は閉じられる(比較状態)。
これによって、入力アナログ信号Vinと、サンプル/
ホールド回BSHに保持された分圧電圧とが比較される
。続いて、レジスタR2の内容を変化させ、生じた分圧
電圧変化量の1/4倍がサンプル/ホールド回路SHに
保持された分圧電圧に加算され、再び入力アナログ信号
Vinと比較される。
同じ分圧電圧変化量に対して、その容量値がl/4にれ
たキャパシタC/4の電荷変化量が1/4倍にされるか
ら、分圧電圧の変化量が1/4倍になったのと等価とな
る。これによってレジスタR2の下位2ビット分のディ
ジタル信号を決定することができる。この場合において
、総電荷量Q2は次式(4)により求められる。
Q2−C(Vn’ −VD) 十C/4 ・ (Vn’ −VD’ −ΔVD)十C3
vn′        ・・・・・・(4)Vn’ k
VLならば、総電荷11Q2は変化しな(、Nから、V
D十ΔVD/4#Viflになる。
なお、上記キャパシタCによるA/D変換動作において
は、キャパシタC/4は寄生容量とみなされ、その変換
動作精度を悪くさせてしまうことはない。
〔効 果〕
(11上位Nビットの信号を形成するキャパシタCと下
位Mビットの信号を形成するために上記キャパシタCの
1/(2M)の容量値にされたキャパシタC/ 2 ”
とは、同じスイッチトリーから得られるはり同じ電圧が
供給される。これによって、上記キャパシタC,C/(
2M)の容量比が精度良く保たれるから、精度の高いA
/D変換出力を得ることができるという効果が得られる
(2)上記2つのキャパシタには、はり同じ電圧が供給
されるから、電圧依存性を持つMOS容量を用いること
ができる。これによって、特別な製造工程を追加させる
ことな(、通常のMOS集積回路によって高精度のA/
D変換回路を得ることができるという効果が得られる。
(3)同じスイッチトリーを用いるとともに、電荷平衡
型の電圧比較回路を利用することによって、使用するス
イッチトリーの数及び分圧抵抗の数を大幅に低減できる
という効果が得られる。
以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、この発明は上記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を進展しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない、上位ビット用のキャパ
シタと下位ビット用のキャパシタとの容量比は、上記下
位ビット数に従って設定されるものである。また、レジ
スタR1、R2は、フリップフロップ回路等のられる。
に置き換えることができるものである。さらに、上記サ
ンプル/ホールド回路の具体的回゛路は、何であっても
よい。
〔利用分野〕
この発明は、各種半導体集積回路に内蔵されるA/D変
換回路として広く利用できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明の一実施例を示す回路図、第2図は
、従来技術の一例を説明するための概略回路図である。 STI、ST2.ST・・スイッチトリー、RL・・ラ
ダー抵抗、SH−・サンプル/ホールド回路、VC・・
反転増幅回路、R1,R2・・レジスタ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、2^NR分圧電圧を形成するラダー抵抗回路と、上
    記2^N分圧電圧を選択的に出力するスイッチトリーと
    、このスイッチトリーの出力端子と入力アナログ信号端
    子及びオープン端子がそれぞれ結合される3状態接点と
    、上記3状態接点の共通電極に設けられ、上記入力アナ
    ログ信号を保持するサンプル/ホールド回路と、上記3
    状態接点の共通電極に一方の電極が結合された第1のキ
    ャパシタと、上記スイッチトリーの出力端子に一方の電
    極が結合され、上記第1のキャパシタの容量値に対して
    1/(2^M)の容量値にされた第2のキャパシタと、
    上記第1及び第2のキャパシタの他方の電極にその入力
    が結合され、入力抵抗が無限大に近くされた反転増幅回
    路と、上記反転増幅回路の出力信号に従って上記スイッ
    チトリーの制御信号を形成する第1のシフトレジスタと
    、上記第1のシフトレジスタの下位Mビットが共通化さ
    れ、選択的に上記スイッチトリーを制御する第2のシフ
    トレジスタとを含むことを特徴とするA/D変換回路。 2、上記A/D変換回路は、1チップの半導体集積回路
    に内蔵されるものであり、上記第1及び第2のキャパシ
    タは、MOS容量により構成されるものであることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載のA/D変換回路。
JP5835185A 1985-03-25 1985-03-25 A/d変換回路 Pending JPS61218228A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100340053B1 (ko) * 1998-12-24 2002-07-18 박종섭 아날로그-디지털변환시변환시간을최적화하기위한디지털-아날로그변환장치

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100340053B1 (ko) * 1998-12-24 2002-07-18 박종섭 아날로그-디지털변환시변환시간을최적화하기위한디지털-아날로그변환장치

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