JPS61236218A - A/d変換回路 - Google Patents

A/d変換回路

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JPS61236218A
JPS61236218A JP7654485A JP7654485A JPS61236218A JP S61236218 A JPS61236218 A JP S61236218A JP 7654485 A JP7654485 A JP 7654485A JP 7654485 A JP7654485 A JP 7654485A JP S61236218 A JPS61236218 A JP S61236218A
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JP
Japan
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conversion
output
circuit
reference voltage
voltage
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Pending
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JP7654485A
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English (en)
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Yoshiharu Nagayama
永山 義治
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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、半導体集積回路技術さらにはアナログ・デ
ィジタル変換器の構成に適用して特に有効な技術に関し
、例えばコンパレータとエンコーダとを用いた並列形ア
ナログ・ディジタル変換器に利用して有効な技術に関す
る。
[背景技術] 逐時比較形アナログ・ディジタル変換器(以下A/D変
換器と称する)に比べて高速動作可能なA、 / D変
換器として、第2図に示すような並列形(もしくはフラ
ッシュ形)のA/D変換器がある(朝食書店発行「集積
回路応用ハンドブック」 1981年6月30日発行、
第222,223頁参照)。
すなわち、nビットのディジタル出力に対応して(2″
−1)個の比較器GOMP1〜COMPmを並列に接続
し、各比較器の比較入力端子(非反転入力端子)にそれ
ぞれ入力アナログ信号Vinを印加する。また、各比較
器GOM P 、〜COMPmの基準入力端子(反転入
力端子)には、直列接続された抵抗群RLによって基準
電圧vRを2″等分した電圧を印加する。そして、各比
較器COM P 1〜COM P mから並列に出力さ
れる信号をエンコーダENCでnビットのディジタル出
力り、〜Dnに符号化して、出力するものである。
上記並列形A/D変換器は、1クロツクで瞬時にA/D
変換が可能なため高速であり、例えば画像信号のA/D
変換等に適している。
しかしながら、並列形A/D変換器は、精度を高くする
ため′出力のビット数を1つ増やすと、比較器が約2倍
必要となる。例えば、4ビツトの出力に対しては15個
の比較器で済むが、それを5ビツトにしようとすると、
31個の比較器が必要となる。また、画像信号がカラー
情報を扱う場合には、ディジタル出力として最低6ビツ
ト程度が必要であると考えられるが、その場合比較器の
数は63個になってしまう。
このように、並列形A/D変換器は、精度を高くしよう
とすればするほど、比較器の数が多くなり、チップサイ
ズが大型化されてしまうという問題点がある。
[発明の目的] この発明の目的は、並列形A/D変換器において、比較
器の数すなわちチップサイズをそれほど増大させること
なく、A/D変換の精度を向上させることができるよう
にすることにある。
この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴に
ついては、本明細書の記述および添附図面から明かにな
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
を説明すれば、下記のとおりである。
すなわち、重み容量を有するキャパシタをディジタル出
力のビット数に相当する数だけ設け、最初゛にサンプリ
ングした入力信号を先ずA/D変換しで得られたディジ
タル出力(上位ビット)に基づいて、その出力に相当す
る電荷量を重みキャパシタに蓄積し、この電荷量をサン
プリング回路内の入力信号保持容量から引き抜いてやる
とともに、抵抗分割回路によって発生する基準電圧をM
SBレベルからLSBレベルに切り換えて、2回目のA
/D変換を行なって下位ビットを出力させるようにする
ことによって、比較器の数を変更することなくディジタ
ル出力のビット数を2倍にできるようにして、チップサ
イズを増大させることなく、A/D変換の精度を向上さ
せるという上記目的を達成するものである。
以下図面を用いてこの発明を具体的に説明する。
[実施例] 第1図は、本発明を並列形A/D変換器に適用した場合
の一実施例を示す。
特に制限されないが、この実施例では、8ビツトのディ
ジタル出力に変換できるようにされたものが示されてい
る。
サンプリング用スイッチSWIと入力信号保持容量C1
とからなるサンプリング回路には、切換えスイッチSW
2が設けられている。入力信号保持容量Ciの一方の端
子は、この切換えスイッチSW2を介して1回路の接地
点または後述のA/D変換部DACの出力端子OTに接
続可能にされている。
比較器COMPと抵抗分割回路を構成する抵抗群RLお
よびエンコーダENCとからなる主たるA/D変換部の
構成は、第2図に示した従来の並列形A/D変換器と同
じ構成であり、この実施例では4ビツトの出力に対応し
て15個の比較器COMP、〜COMP15が並列に接
続されている。
しかして、この実施例では、直列接続された抵抗群RL
の一端が切換えスイッチSW3を介して基準電圧源VG
に接続されている。この切換えスイッチSW3の切換え
によって、抵抗群RLの一端には、従来タイプのA/D
変換器で抵抗群の一端に印加される基準電圧vRの他に
、この基準電圧VRtt抵抗群RLによって等分した電
圧の一段分の電圧VR/16が選択的に印加可能にされ
る。
また、エンコーダENCには、その4ビツトのディジタ
ル出力をラッチ可能な2つのラッチ回路LTCIとLT
C2とが接続されている。
さらに、この実施例では、上記エンコーダENCの出力
に対応したアナログ量を再現するため、スイッチとキャ
パシタとからなるD/A変換部DACが設けられている
このD/A変換部DACは、例えば第1図に示すように
、4個のキャパシタ01〜C4とその両端子にそれぞれ
接続された4組の切換えスイッチS W 、x * S
 W 1□〜SW41 e SW42とにより構成され
ている。
上記キャパシタC1〜C4の一端には、各々切換えスイ
ッチSW、 、〜5W41によって回路の接地電圧また
は基準電圧Vrが選択的に印加される。基準電圧Vrは
、入力信号V i nの最大値に相当する電圧がある。
また、キャパシタ01〜C4の他端は、各々切換えスイ
ッチ5W12〜5w42によって接地点またはD/A変
換部DACの出力端子OTに接続されるようになってい
る。
しかも、上記各キャパシタC1〜C4は、各々その容量
値が、入力信号保持容量C1の容量値の1/2.1/4
.1/8および1/16になるように、つまり重み容量
を有するようにされる。
そして、上記各切換えスイッチsw、1.sw、2〜S
 W 4 、v S W 42をエンコーダENCの出
力によって切り換えてやることにより、エンコーダ出力
に対応された電荷量がキャパシタ01〜C4に蓄積され
、一種のD/A変換が行なわれるようにされている。
次に、上記のごとく構成されたA/D変換器の動作を説
明する。
入力信号Vinがサンプリングされるとき、上記実施例
における各切換えスイッチSW2.SW3および5w1
2〜5W42は、第1図に示すような状態に切換えが行
なわれる。
すなわち、抵抗群RLの一端には、高い側(MSB)の
電圧V、が印加され、キャパシタCiおよびcl’−C
4の一端は接地点に接続される。
この状態でサンプリング用スイッチSWIが導通されて
入力信号保持容量Ciに入力信号Vinに相当する電荷
が畜えられる。サンプリング後スイッチSW1は、非導
通状態にされる。そして、サンプリングされた電圧Vi
nに基づいて比較器COMP、〜COM P s 5が
抵抗分割回路(Rt、 )から供給される対応する基準
電圧との比較を行ない、その出力をエンコーダENCが
符号化することにより、最初の上位4ビツトのディジタ
ル出力がラッチ回路LTCIに取り込まれ保持される。
一方、D/A変換部DACでは、エンコーダENCの出
力に応じてスイッチSW7.〜5W41が、第1図に示
すように選択的に接地点または基準電圧Vr側に接続さ
れる。これによって、重み容量を有するキャパシタ01
〜C4にエンコーダENCの出力に相当する電荷量が蓄
積される。
しかる後、クロックφCによって、切換えスイッチSW
2とSW3およびSW、2〜SW4□が、第1図に示す
状態と逆の、側に接続される。すなわち、抵抗群RLの
一端には、初めの高い基準電圧VRに代わってその16
分の・1  (LSB)の基準電圧VR/16が印加さ
れるとともに、キャパシタCiおよびC1〜C4の一端
はD/A変換部DACの出力端子OT側に接続され、お
互いに接続した状態にされる。
また、このとき、切換えスイッチ5W11〜5W41は
、すべて接地点側に切り換えられる。これによって、キ
ャパシタC1〜C4に蓄積されていた電荷がキャパシタ
Ciの電荷に対して負の電荷に変わる。そのため、入力
信号Vinに相当する電荷量が蓄積されていたキャパシ
タC1から。
キャパシタ01〜C4に蓄積されていたエンコーダ出力
に相当する電荷量が引き抜かれる。・その結果、最初の
A/D変換(上位4ビツト)による誤差分に相当する電
圧ΔV i nがキャパシタCiに保持される。
そして、この電圧ΔVinが比較器COM P 1〜c
oMP1sによって、基準電圧V R/ 16 ’;t
さらに16等分した電圧と比較されて、再びA/D変換
が行なわれ、そのエンコーダ出力が下位4ビツトとして
ラッチ回路LTC2に取り込まれる。
これによって、ラッチ回路LTCIおよびLTC2から
は、入力信号Vinを8ビツトのディジタル信号に変換
したものが出力されるようになる。
このように、上記実施例では、第2図の従来方式に比べ
て時間は2倍になるが、精度の高いA/D変換が可能と
なる。しかも、第2図の方式で8ビツトのA/D変換出
力を得ようとすると255個の比較器が必要になるのに
対し、上記実施例に従うと15個の比較器で済む。
その結果、D/A変換部DACの分だけ多少回路は増え
るが回路全体の占有面積は大幅に減少され、チップサイ
ズが低減される。
なお、上記実施例では、D/A変換部DACを重み容量
を有するキャパシタと切換えスイッチとで構成している
が、キャパシタC1〜C4に代えて入力信号保持容量C
4と同じ容量値を持つキャパシタを一つだけ設け、その
両端に切換えスイッチをそれぞれ接続する。そして、基
準電圧Vrの代わりに、エンコーダ出力に相当する電圧
すなわちエンコーダ出力をD/A変換した電圧を印加し
て、入力信号Vinとの誤差分に相当する電荷をキャパ
シタに蓄積して、その電荷量分を入力信号保持容量Ci
から引き抜いてから、再び比較器COM P 1〜CO
M P 1 s トZ’JコーダENCとでA/D変換
を行なって8ビツトの出力を得るようにしてもよい。
さらに、上記実施例では、4ビツト構成のエンコーダを
用いて、8ビツトのディジタル信号を得るようにしたも
のについて説明したが、4ビツト構成のエンコーダを用
いて、12ビツトあるいは16ビツトのディジタル信号
を得るようにして。
さらに高精度のA/D変換を行なえるようにすることも
できる。その場合、抵抗群RLに印加される基準電圧を
、それぞれ3段階と4段階に切り換えてやるようにすれ
ばよい。
また、主たるA/D変換部の構成は、上記実施例のよう
に15個の比較器と4ビツト構成のエンコーダとからな
る構成に限定されるものでなく、例えば7個の比較器と
3ビツト構成のエンコーダとの組合せであってもよい。
[効果] 重み容量を有するキャパシタをディジタル出力のビット
数に相当する数だけ設け、最初にサンプリングした入力
信号を先ずA/D変換して得られたディジタル出力(上
位ビット)に基づいて、その出力に相当する電荷量を重
みキャパシタに蓄積し、この電荷量をサンプリング回路
内の入力信号保持容量から引き抜いてやるとともに、抵
抗分割回路によって発生する基準電圧をMSBレベルか
らLSBレベルに切り換えて、2回目のA/D変換を行
なって下位ビットを出力させるようにしたので、比較器
の数を増やすことなくディジタル出力のビット数を2倍
にできるという作用により、チップサイズをそれほど増
大させることなく、A/D変換の精度を向上させること
ができるという効果がある。
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1本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもなし1゜ 〔利用分野〕 以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である並列形のA/D変換
器に適用したものについて説明したが、それに限定され
るものでなく、他の形式のA/D変換器に利用すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は1本発明を並列形A/D変換器に適用した場合
の一実施例を示す回路構成図、第2図は、従来の並列形
A/D変換器の一般的な構成例を示す回路図である。 RL・・・・抵抗分割回路(抵抗群)、GOMP。 〜CoMP15・・・・比較器、ENC・・・・符号化
回路(エンコーダ)、VG・・・・基準電圧源、L”r
c、、LTC2・・・・ラッチ回路、DAC・・・・D
/A変換部、SWI・・・・サンプリング用スイッチ、
SW2,5W3v SWI 1 t 5W12〜5W4
1.SW4□・・・・切換えスイッチ、Ci・・・・入
力信号保持容量、C1〜C4・・・・重み容量(キャパ
シタ)。 第  1  図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、入力アナログ信号をサンプリングして保持するサン
    プリング回路と、比較入力端子にサンプリングされた信
    号が各々印加され、かつ基準入力端子には基準電圧発生
    回路から供給される複数段階の基準電圧がそれぞれ印加
    されるようにされた複数個の比較器と、これらの比較器
    の並列出力を符号化する符号化回路と、この符号化回路
    の出力をアナログ信号に変換するA/D変換部とを備え
    、上記サンプリング回路に保持されている入力信号と上
    記A/D変換部のアナログ出力信号との差電圧が再び上
    記比較器の各比較入力端子に印加されるとともに、比較
    器の基準入力端子には最初の基準電圧の一段分を更に分
    割した各電圧が印加され、2回の比較、符号化動作によ
    ってディジタル信号を出力するようにされてなることを
    特徴とするA/D変換回路。 2、上記A/D変換部は、重み容量を有する複数個のキ
    ャパシタと上記符号化回路の出力に基づいて、上記キャ
    パシタに選択的に電荷をチャージさせる切換えスイッチ
    とからなり、符号化回路のディジタル出力に相当する電
    荷量を得るようにされてな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。 3、上記基準電圧発生回路は、直列接続された抵抗群と
    これらの抵抗群の一端に基準電圧源からの電圧を選択的
    に印加する切換えスイッチとからなることを特徴とする
    特許請求の範囲第1項もしくは第2項記載のA/D変換
    回路。
JP7654485A 1985-04-12 1985-04-12 A/d変換回路 Pending JPS61236218A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5012247A (en) * 1988-11-21 1991-04-30 Hewlett-Packard Company Switched-capacitor analog-to-digital converter with autocalibration
JPH03150926A (ja) * 1989-10-04 1991-06-27 American Teleph & Telegr Co <Att> 切替キャパシタ回路とその回路特性の変動補償方法

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