JPS636169B2 - - Google Patents

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JPS636169B2
JPS636169B2 JP18405480A JP18405480A JPS636169B2 JP S636169 B2 JPS636169 B2 JP S636169B2 JP 18405480 A JP18405480 A JP 18405480A JP 18405480 A JP18405480 A JP 18405480A JP S636169 B2 JPS636169 B2 JP S636169B2
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JP
Japan
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voltage
analog
selection switch
switch means
capacitor
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JP18405480A
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Japanese (ja)
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JPS57109424A (en
Inventor
Masayuki Matsuyoshi
Masao Takeuchi
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Oki Electric Industry Co Ltd
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Oki Electric Industry Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12Analogue/digital converters
    • H03M1/34Analogue value compared with reference values
    • H03M1/38Analogue value compared with reference values sequentially only, e.g. successive approximation type
    • H03M1/46Analogue value compared with reference values sequentially only, e.g. successive approximation type with digital/analogue converter for supplying reference values to converter
    • H03M1/466Analogue value compared with reference values sequentially only, e.g. successive approximation type with digital/analogue converter for supplying reference values to converter using switched capacitors
    • H03M1/468Analogue value compared with reference values sequentially only, e.g. successive approximation type with digital/analogue converter for supplying reference values to converter using switched capacitors in which the input S/H circuit is merged with the feedback DAC array

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

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、アナログ入力電圧に対する伝達関
数の平行移動を可能にした電荷再分配型アナロ
グ・デイジタル変換器に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a charge redistribution type analog-to-digital converter that allows translation of a transfer function with respect to an analog input voltage.

一般に使用されているnビツト電荷再分配型ア
ナログ・デイジタル変換器を第1図に示す。特
に、第1図は、そのアナログ・デイジタル変換器
のうち、単位容量、容量アレイ、選択スイツチア
レイ、その他の選択スイツチおよび電圧比較器の
部分を示している。単位容量、容量アレイ、選択
スイツチアレイ、その他の選択スイツチの部分
は、以後、DA部という。
A commonly used n-bit charge redistribution type analog-to-digital converter is shown in FIG. In particular, FIG. 1 shows the unit capacitance, capacitor array, selection switch array, other selection switches, and voltage comparators of the analog-to-digital converter. The unit capacity, capacity array, selection switch array, and other selection switch parts are hereinafter referred to as the DA section.

第1図において、1は単位容量である。2は容
量アレイで、単位容量1の1倍、2倍、4倍、…
…2n-1倍の重みを有する複数の容量21,22,23
…2nからなる。これらの容量21〜2nの一端
は、単位容量1の一端と共通結合されて電圧比較
器4の“−”入力端子に接続されている。3は選
択スイツチアレイで、アナログスイツチSW1
SW2,SW3…SWnからなる。アナログスイツチ
SW1〜SWnは、容量アレイ2の容量21〜2nの
各他端に可動端子aが個別に結合されている。ま
た、第1の固定端子bは、上記単位容量1の他端
とともにアナログスイツチSWBの可動端子aに接
続されている。さらに、第2の固定端子cはアナ
ログ・デイジタル変換器の基準電圧VR1に結合さ
れている。アナログスイツチSWBは、第1の固定
端子bがアナログ入力電圧Vinに結合されてい
る。一方、第2の固定端子cは接地(GND)に
結合されている。VR2は電圧比較器4の基準電圧
で、電圧比較器4の“+”入力端子に結合されて
いる。この電圧比較器4は出力端子が出力OUT
として取出されるとともに、アナログスイツチ
SWAを介して出力端子と“−”入力端子が結合
されている。
In FIG. 1, 1 is the unit capacity. 2 is a capacitor array with unit capacitance 1 times 1, 2 times, 4 times,...
…2 Multiple capacitances 2 1 , 2 2 , 2 3 with n-1 times the weight
...consists of 2n. One ends of these capacitors 2 1 to 2n are commonly coupled to one end of the unit capacitor 1 and connected to the "-" input terminal of the voltage comparator 4 . 3 is a selection switch array, analog switch SW 1 ,
SW 2 , SW 3 ... Consists of SWn. analog switch
The movable terminals a of SW 1 to SWn are individually coupled to the other ends of the capacitors 2 1 to 2n of the capacitor array 2. Further, the first fixed terminal b is connected to the movable terminal a of the analog switch SW B together with the other end of the unit capacitor 1. Furthermore, the second fixed terminal c is coupled to the reference voltage V R1 of the analog-to-digital converter. The analog switch SW B has a first fixed terminal b coupled to the analog input voltage Vin. On the other hand, the second fixed terminal c is coupled to ground (GND). V R2 is the reference voltage of voltage comparator 4 and is coupled to the "+" input terminal of voltage comparator 4. The output terminal of this voltage comparator 4 is OUT
In addition to being taken out as an analog switch
The output terminal and the "-" input terminal are connected via SW A.

このようなアナログ・デイジタル変換器の動作
を説明する。まず、動作の第1ステツプとして、
アナログスイツチSWAを閉じ、かつ、アナログ
スイツチSWB,SW1,SW2…SWnを図の状態
(可動端子aが第1の固定端子bに接続された状
態)とする。これにより、アナログ入電圧Vinが
取込まれる。次に、アナログスイツチSWAを解
放し、アナログスイツチSWBの可動端子aを第2
の固定端子cに接続する。この状態において、P
点(容量1,21,22……2nの一端が共通結合
された部分)の電圧VP0は、第2図(第2図にお
いて、Vcは容量の両端の電圧を示す)に示すよ
うに VP0=VR2−Vin となる。
The operation of such an analog-to-digital converter will be explained. First, as the first step of operation,
The analog switch SW A is closed, and the analog switches SW B , SW 1 , SW 2 , . . . SWn are brought into the state shown in the figure (the movable terminal a is connected to the first fixed terminal b). As a result, the analog input voltage Vin is taken in. Next, release analog switch SW A , and connect movable terminal a of analog switch SW B to the second
Connect to fixed terminal c. In this state, P
The voltage V P0 at the point (the part where one end of capacitors 1, 2 1 , 2 2 ... 2n are commonly coupled) is as shown in Figure 2 (in Figure 2, Vc indicates the voltage across the capacitors). Then, V P0 = V R2 −Vin.

次に、第2ステツプとして、アナログスイツチ
SWnからSW1までを第3図に示すように順次動
かして比較を行う。まず、アナログスイツチ
SWnの可動端子aを第2の固定端子b側に動か
す。この時のP点の電圧VP1は VP1=VP0+1/2VR1=VR2−Vin+1/2VR1 となり、この状態で比較を行うと、 (1) (MSB)VP1−VR2=−Vin+1/2VR1 >0または<0>0の場合、MSBは“0”が
セツトされ、 VP1=VP0=VR2−Vin……(アナログスイツ
チSWnは可動端子aが第1の固定端子b側に
戻る) <0の場合、MSBは“1”がセツトされ、 VP1=VP0+1/2VR1……(アナログスイツチ SWnは可動端子aは第2の固定端子b側に保持
される) となり、これでMSB(nビツト目)の比較が行わ
れたわけである。
Next, as the second step, switch the analog switch.
Comparisons are made by sequentially moving SWn to SW1 as shown in Figure 3. First, the analog switch
Move the movable terminal a of SWn toward the second fixed terminal b. The voltage V P1 at point P at this time is V P1 =V P0 +1/2V R1 =V R2 -Vin+1/2V R1 , and when compared in this state, (1) (MSB)V P1 -V R2 =- If Vin+1/2V R1 >0 or <0>0, the MSB is set to “0”, and V P1 = V P0 = V R2 −Vin... (In analog switch SWn, movable terminal a is connected to first fixed terminal B. (Return to side) <0, MSB is set to "1", V P1 = V P0 + 1/2 V R1 ... (In analog switch SWn, movable terminal a is held on the second fixed terminal b side) Thus, the comparison of the MSB (nth bit) is now performed.

次に、アナログスイツチSWo-1の可動端子aを
第2の固定端子b側に動かすことにより、P点の
電圧VP2は VP2=VP1+1/4VR1 となり、以下、同様にLSBまで比較を行い、変
換を終了する。
Next, by moving the movable terminal a of the analog switch SW o-1 to the second fixed terminal b side, the voltage V P2 at point P becomes V P2 = V P1 + 1/4 V R1 , and the same goes up to LSB. Perform the comparison and finish the conversion.

(2) VP2−VR2=VP1+1/4VR1−VR2 >0または<0 (3) VP3−VR2=VP2+1/8VR1−VR2 >0または<0 (n−1) VPo-1−VR2=VPo-2+1/2n-1VR1 −VR2 >0または<0 (n)(LSB) VPo−VR2=VPo-1
+1/2nVR1−VR2 >0または<0 …(1) 以上のようにして変換を行うが、(1)式は、この
電荷再分配型アナログ・デイジタル変換器の一般
式であり、この式からも明らかなように、このア
ナログ・デイジタル変換器は、1/2nVR1(1LSB) ステツプで比較を行うことになる。
(2) V P2 −V R2 =V P1 +1/4V R1 −V R2 >0 or <0 (3) V P3 −V R2 =V P2 +1/8V R1 −V R2 >0 or <0 (n-1 ) V Po-1 −V R2 =V Po-2 +1/2 n-1 V R1 −V R2 >0 or <0 (n) (LSB) V Po −V R2 =V Po-1
+1/2 n V R1 −V R2 >0 or <0...(1) Conversion is performed as described above, but equation (1) is a general equation for this charge redistribution type analog-to-digital converter, As is clear from this equation, this analog-to-digital converter performs comparison in 1/2 n V R1 (1LSB) steps.

また、変換の結果は、第4図に示すような伝達
関数と、アナログ入力レベルに対する量子化誤差
分布を示す。この図からも明らかなように、量子
化誤差分布は−1/2LSBだけ偏つて固定されてい る。
Further, the conversion result shows a transfer function as shown in FIG. 4 and a quantization error distribution with respect to the analog input level. As is clear from this figure, the quantization error distribution is fixed and biased by -1/2 LSB.

しかるに、このことは、このアナログ・デイジ
タル変換器を使用する上で考慮しておく必要が生
じ、また、このアナログ・デイジタル変換器の使
用範囲が限定される原因となる。
However, this must be taken into consideration when using this analog-to-digital converter, and also causes a limitation in the range of use of this analog-to-digital converter.

この発明は上記の点に鑑みなされたもので、ア
ナログ入力電圧に対する伝達関数の平行移動を可
能にすることにより、アナログ入力電圧に対する
量子化誤差分布に自由度をもたせることができ、
しかも、電圧比較器の基準電圧を作成する動作
と、比較動作とでDA部と電圧比較器を兼用する
ことにより、チツプサイズを大きくすることなく
実現でき、さらに従来の技術で極めて簡単に実現
できるアナログ・デイジタル変換器を提供するこ
とを目的とする。
This invention was made in view of the above points, and by enabling parallel movement of the transfer function with respect to the analog input voltage, it is possible to give a degree of freedom to the quantization error distribution with respect to the analog input voltage,
Moreover, by using the DA section and the voltage comparator for both the operation of creating the reference voltage of the voltage comparator and the comparison operation, it can be realized without increasing the chip size. - The purpose is to provide digital converters.

以下この発明の実施例として、4ビツトアナロ
グ・デイジタル変換器について図面を参照して説
明する。しかも、まず、第1の実施例として、第
5図に示すように、量子化誤差分布が、アナログ
入力レベルに対して±1/2LSBになるようにした 場合について説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS As an embodiment of the present invention, a 4-bit analog-to-digital converter will be described below with reference to the drawings. Moreover, first, as a first example, a case will be described in which the quantization error distribution is set to ±1/2 LSB with respect to the analog input level, as shown in FIG.

第6図はこの発明の第1の実施例の4ビツトア
ナログ・デイジタル変換器、特にそのDA部と、
電圧比較器を示す回路図である。この図におい
て、11は単位容量である。また、12は容量ア
レイで、単位容量11の1倍、2倍、4倍、8倍
の重みを有する4個の容量121,122,123
124からなる。これらの容量121〜124の各
一端は、上記単位容量11の一端とともに共通結
合される。SW11は第1の選択スイツチ手段とし
てのアナログスイツチで、第1の固定端子bがア
ナログ入力電圧Vinに結合され、第2の固定端子
cが接地(GND)に結合される。13は選択ス
イツチアレイで、4個のアナログスイツチ(選択
スイツチ手段)SW01〜SW04からなる。アナログ
スイツチSW01,SW02,SW03,SW04は可動端子
aが上記容量アレイ12の4個の容量121,1
2,123,124の他端に個別に結合される。
また、第1の固定端子bは上記アナログスイツチ
SW11の可動端子aに、第2の固定端子cはアナ
ログ・デイジタル変換器の基準電圧(第1の基準
電圧)VR1に結合される。この基準電圧VR1と接
地間には、抵抗R1とR2の直列回路が結合される。
抵抗R1とR2の値は等しい。これにより、抵抗R1
とR2の分圧点Xには、第2の基準電圧として1/2 VR1が取出される。SW12は第2の選択スイツチ手
段としてのアナログスイツチで、可動端子aが単
位容量11の他端に接続される。また、アナログ
スイツチSW12は、第1の固定端子bが上記アナ
ログスイツチSW11の可動端子aに結合される一
方、第2の固定端子cが上記分圧点Xに結合され
る。14は電圧比較器で、“−”入力端子(第1
の信号入力部)と出力端子(信号出力部)間に
は、第3の選択スイツチ手段としてのアナログス
イツチSW13が結合される。SW14は第4の選択ス
イツチ手段としてのアナログスイツチで、上記容
量11,121〜124の一端を共通接続したP点
に可動端子aが接続される。また、第1の固定端
子bは上記電圧比較器14の“−”入力端子に、
第2の固定端子cは第1の共通結合部Y1に結合
される。SW15は第5の選択スイツチ手段としの
アナログスイツチで、可動端子aが上記電圧比較
器14の出力端子に結合される。また、第1の固
定端子bは図示しないデイジタル信号出力部に結
合されるとともに、タイミング回路15に結合さ
れ、第2の固定端子cは第2の共通結合部Y2
結合される。SW16は第6の選択スイツチ手段と
してのアナログスイツチで、第2の固定端子cが
上記第1の共通結合部Y1に結合され、第1の固
定端子bが第2の共通結合部Y2に結合される。
このアナログスイツチSW16の可動端子aと接地
間には電圧保持コンデンサC′が結合されている。
SW17は第7の選択スイツチ手段としてのアナロ
グスイツチで、可動端子aが上記電圧比較器14
の“+”入力端子(第2の信号入力部)に結合さ
れる。また、第2の固定端子cは上記第1の共通
結合部Y1に、第1の固定端子bは上記分圧点X
に結合される。
FIG. 6 shows a 4-bit analog-to-digital converter according to the first embodiment of the present invention, particularly its DA section,
FIG. 2 is a circuit diagram showing a voltage comparator. In this figure, 11 is a unit capacity. Further, 12 is a capacitor array, which has four capacitors 12 1 , 12 2 , 12 3 , which have weights of 1 , 2 , 4, and 8 times the unit capacitor 11.
Consists of 12 4 . One end of each of these capacitors 12 1 to 12 4 is commonly coupled with one end of the unit capacitor 11 . SW 11 is an analog switch serving as a first selection switch means, the first fixed terminal b of which is coupled to the analog input voltage Vin, and the second fixed terminal c coupled to ground (GND). Reference numeral 13 denotes a selection switch array consisting of four analog switches (selection switch means) SW 01 to SW 04 . The analog switches SW 01 , SW 02 , SW 03 , and SW 04 have movable terminals a connected to the four capacitors 12 1 , 1 of the capacitor array 12 .
2 2 , 12 3 , and 12 4 are individually coupled to the other ends.
Moreover, the first fixed terminal b is connected to the analog switch.
The second fixed terminal c is coupled to the movable terminal a of SW 11 and the reference voltage (first reference voltage) V R1 of the analog-to-digital converter. A series circuit of resistors R 1 and R 2 is coupled between this reference voltage V R1 and ground.
The values of resistors R 1 and R 2 are equal. This makes the resistance R 1
1/2 V R1 is taken out as the second reference voltage at the voltage dividing point X of and R 2 . SW 12 is an analog switch serving as a second selection switch means, and a movable terminal a is connected to the other end of the unit capacitor 11. Further, the analog switch SW 12 has a first fixed terminal b coupled to the movable terminal a of the analog switch SW 11 , and a second fixed terminal c coupled to the voltage dividing point X. 14 is a voltage comparator, and the "-" input terminal (first
An analog switch SW 13 as a third selection switch means is coupled between the signal input section (signal input section) and the output terminal (signal output section). SW 14 is an analog switch serving as a fourth selection switch means, and a movable terminal a is connected to a point P where one ends of the capacitors 11, 12 1 to 12 4 are commonly connected. Further, the first fixed terminal b is connected to the "-" input terminal of the voltage comparator 14,
The second fixed terminal c is coupled to the first common coupling portion Y1 . SW 15 is an analog switch serving as fifth selection switch means, and its movable terminal a is coupled to the output terminal of the voltage comparator 14. Further, the first fixed terminal b is coupled to a digital signal output section (not shown) and also to the timing circuit 15, and the second fixed terminal c is coupled to the second common coupling section Y2 . SW 16 is an analog switch as a sixth selection switch means, the second fixed terminal c is coupled to the first common coupling portion Y1 , and the first fixed terminal b is coupled to the second common coupling portion Y2 . is combined with
A voltage holding capacitor C' is connected between the movable terminal a of the analog switch SW 16 and the ground.
SW 17 is an analog switch as a seventh selection switch means, and a movable terminal a is connected to the voltage comparator 14.
It is coupled to the "+" input terminal (second signal input section) of the "+" input terminal (second signal input section). Further, the second fixed terminal c is connected to the first common coupling portion Y1 , and the first fixed terminal b is connected to the voltage dividing point X.
is combined with

第7図は、このようなアナログ・デイジタル変
換器のタイムチヤートを示す。この第7図におい
て、“0”状態は、第6図におけるアナログスイ
ツチSW01〜SW04,SW11,SW12,SW14〜SW17
に関しては、その可動端子aが第1の固定端子b
に接続された状態、アナログスイツチSW18に関
しては開いた状態を示す。逆に、“1”状態は可
動端子aが第2の固定端子cに接続された状態お
よび閉じた状態を示す。このようなアナログスイ
ツチSW01〜SW04,SW11〜SW17の制御はタイミ
ング回路15の出力信号により行われる。また、
第7図において、※は誤動作防止のための遅れ時
間を示している。
FIG. 7 shows a time chart of such an analog-to-digital converter. In this FIG. 7, the "0" state is the analog switch SW 01 to SW 04 , SW 11 , SW 12 , SW 14 to SW 17 in FIG.
, the movable terminal a is the first fixed terminal b
Analog switch SW 18 is shown in the open state. Conversely, the "1" state indicates a state in which the movable terminal a is connected to the second fixed terminal c and a closed state. The analog switches SW 01 to SW 04 and SW 11 to SW 17 are controlled by the output signal of the timing circuit 15. Also,
In FIG. 7, * indicates a delay time to prevent malfunction.

以下、第7図のタイムチヤートに従つて、上記
アナログ・デイジタル変換器の動作を説明する。
まず、第1ステツプとして、アナログスイツチ
SW18を閉じ、かつ、アナログスイツチSW11
SW15の可動端子aをそれぞれ第2の固定端子c
に接続し、その他のアナログスイツチSW01
SW04,SW12,SW14,SW16,SW17の可動端子a
を第1の固定端子bに接続する。この状態におい
て、P点の電圧VP=1/2VR1である。
The operation of the analog-to-digital converter will be described below with reference to the time chart shown in FIG.
First, as a first step, turn on the analog switch.
Close SW 18 and analog switch SW 11 ,
Connect the movable terminal a of SW 15 to the second fixed terminal c.
Connect to other analog switches SW 01 ~
Movable terminal a of SW 04 , SW 12 , SW 14 , SW 16 , SW 17
is connected to the first fixed terminal b. In this state, the voltage at point P is V P =1/2V R1 .

第2ステツプは、アナログスイツチSW14
SW17の可動端子aをそれぞれ第2の固定端子c
側に動かす。
The second step is analog switch SW 14 ,
Connect the movable terminal a of SW 17 to the second fixed terminal c.
Move it to the side.

第3ステツプは、第2ステツプの状態で、アナ
ログスイツチSW12の可動端子aを第2の固定端
子c側にする。この時、VPは、 VP=1/2VR1+1/16×1/2VR1=1/2VR1+1/3
2VR1=1/2VR1+1/2LSB となり、この電圧がボルテージフオロアー(電圧
比較器14)を通じてコンデンサC′に保持され
る。
In the third step, in the state of the second step, the movable terminal a of the analog switch SW 12 is brought to the side of the second fixed terminal c. At this time, V P is: V P =1/2V R1 +1/16×1/2V R1 =1/2V R1 +1/3
2V R1 = 1/2V R1 + 1/2LSB, and this voltage is held in the capacitor C' through the voltage follower (voltage comparator 14).

第4ステツプで、アナログスイツチSW13を開
くとともに、その他のすべてのアナログスイツチ
SW01〜SW04,SW11,SW12,SW14〜SW17の可
動端子aが第1の固定端子bに接続された状態と
する。
In the fourth step, open analog switch SW 13 and close all other analog switches.
It is assumed that the movable terminals a of SW 01 to SW 04 , SW 11 , SW 12 , and SW 14 to SW 17 are connected to the first fixed terminal b.

第5ステツプで、アナログスイツチSW13を閉
じ、アナログ入力電圧が取込まれる。
In the fifth step, analog switch SW 13 is closed and the analog input voltage is acquired.

第6ステツプで、アナログスイツチSW13を開
き、アナログスイツチSW11の可動端子aを第2
の固定端子cに動かす。同時に、アナログスイツ
チSW16,SW17の可動端子aを第2の固定端子c
側に動かす。この時、P点の電圧VP0が VP0=1/2VR1−Vin となるとともに、Q点(電圧比較器14の“+”
入力端子)の電圧VQはVQ=1/2VR1+1/2LSBに 変わり、第7ステツプ以降の電圧比較器14の基
準電圧となる。
In the sixth step, open the analog switch SW 13 and connect the movable terminal a of the analog switch SW 11 to the second
Move it to fixed terminal c. At the same time, the movable terminals a of analog switches SW 16 and SW 17 are connected to the second fixed terminal c.
Move it to the side. At this time, the voltage V P0 at point P becomes V P0 = 1/2V R1 −Vin, and the voltage at point Q (“+” of voltage comparator 14
The voltage V Q at the input terminal) changes to V Q = 1/2 V R1 + 1/2 LSB, which becomes the reference voltage of the voltage comparator 14 from the seventh step onwards.

第7ステツプとして、アナログスイツチSW04
の可動端子aを第2の固定端子c側に動かす。こ
の時のP点の電圧VP1は VP1=VP0+1/2VR1=1/2VR1−Vin+1/2VR1 となり、この状態で比較を行うと、 (1)(MSB)VP1−VQ=1/2VR1−Vin+1/2VR1− (1/2VR1+1/2LSB) =−Vin+(1/2VR1−1/2LSB) >0または<0 …(2) >0の場合、MSBは“0”がセツトされ、 VP1=VP0=1/2VR1−Vin…(アナログスイツチ SW04の可動端子aは第1の固定端子b側に戻る) <0の場合、MSBは“1”がセツトされ、 VP1=VP0+1/2VR1…(アナログスイツチSW04 は可動端子aが第2の固定端子c側に接続された
状態を保持する) となり、以下第1図の説明と同様に (2)VP2−VQ=VP1+1/4VR1−(1/2VR1+1/2LSB
) =VP1−1/2VR1+(1/4VR1−1/2LSB) >0または<0 …(3) (3)VP3−VQ=VP2+1/8VR1−(1/2VR1+1/2LSB
) =VP2−1/2VR1+(1/8VR1−1/2LSB) >0または<0 …(4) (4)VP4−VQ=VP3+1/16VR1−(1/2VR1+1/2LSB
) =VP3−1/2VR1+(1/16VR1−1/2LSB) >0または<0 …(5) となる。これら(2)〜(5)式から明らかなように、
常時、1/2LSBだけ下がつた電圧で比較を行つ ている。
As the seventh step, analog switch SW 04
Move the movable terminal a toward the second fixed terminal c. The voltage V P1 at point P at this time is V P1 =V P0 +1/2V R1 =1/2V R1 -Vin+1/2V R1 , and when compared in this state, (1)(MSB)V P1 -V Q = 1/2V R1 -Vin+1/2V R1 - (1/2V R1 +1/2LSB) = -Vin+ (1/2V R1 -1/2LSB) >0 or <0...(2) If >0, the MSB is “ 0" is set, V P1 = V P0 = 1/2 V R1 - Vin... (The movable terminal a of analog switch SW 04 returns to the first fixed terminal b side.) If <0, the MSB is set to "1". V P1 = V P0 + 1/2 V R1 ... (Analog switch SW 04 maintains the state in which the movable terminal a is connected to the second fixed terminal c side), and the following is the same as the explanation in Fig. 1. (2)V P2 −V Q =V P1 +1/4V R1 −(1/2V R1 +1/2LSB
) =V P1 -1/2V R1 + (1/4V R1 -1/2LSB) >0 or <0 ...(3) (3)V P3 -V Q =V P2 +1/8V R1 - (1/2V R1 +1/2LSB
) =V P2 -1/2V R1 + (1/8V R1 -1/2LSB) >0 or <0 ...(4) (4)V P4 -V Q =V P3 +1/16V R1 - (1/2V R1 +1/2LSB
) =V P3 -1/2V R1 + (1/16V R1 -1/2LSB) >0 or <0...(5). As is clear from these equations (2) to (5),
Comparisons are always made using voltages that have dropped by 1/2 LSB.

以上説明したように、第1の実施例によれば、
第5図に示したようにアナログ入力レベルに対す
る量子化誤差分布を、伝達関数の平行移動により
±1/2LSBにすることが可能となる。また、電圧 比較器14の基準電圧を作成する動作と、比較動
作とでDA部と電圧比較器14を兼用しているの
で、チツプサイズを大きくすることなく実現する
ことができる。さらに、従来の技術で極めて簡単
に実現することができる。
As explained above, according to the first embodiment,
As shown in FIG. 5, the quantization error distribution for the analog input level can be made ±1/2 LSB by parallel movement of the transfer function. Further, since the DA section and the voltage comparator 14 are used for both the operation of creating the reference voltage of the voltage comparator 14 and the comparison operation, this can be realized without increasing the chip size. Moreover, it can be realized very easily using conventional techniques.

なお、第1の実施例では、量子化誤差分布がア
ナログ入力レベルに対して±1/2LSBとなるよう に、第4図における分圧点Xの電圧をVX=1/2 VR1としたが、この電圧VXを変化させることによ
り、さらに自由度のある量子化誤差分布の実現が
可能になる。
In the first embodiment, the voltage at the voltage dividing point X in FIG. 4 is set to V However, by changing this voltage VX , it becomes possible to realize a quantization error distribution with even more freedom.

第1の実施例では、量子化誤差分布を(+)方
向に移動させることを説明したが、タイミングを
変更することにより、(−)方向に移動させるこ
とも可能となる。第2の実施例として、第8図に
示すように、アナログ入力レベルに対する量子化
誤差分布の中心が−1LSBとなる場合について説
明する。
In the first embodiment, it has been explained that the quantization error distribution is moved in the (+) direction, but by changing the timing, it is also possible to move it in the (-) direction. As a second example, a case will be described in which the center of the quantization error distribution with respect to the analog input level is -1 LSB, as shown in FIG.

回路図は上記第1の実施例と同じであり、第6
図に示す。以下、第6図を使用して動作を説明す
る。
The circuit diagram is the same as the first embodiment above, and the sixth embodiment
As shown in the figure. The operation will be explained below using FIG.

第1ステツプとして、アナログスイツチSW13
を閉じ、かつ、アナログスイツチSW11,SW15
可動端子aを第2の固定端子cに接続し、さら
に、アナログスイツチSW12,SW01〜SW04の可
動端子aをすべて第2の固定端子c側に接続す
る。その他のアナログスイツチSW14,SW16
SW17は可動端子aが第1の固定端子bに接続さ
れたものとする。この状態で、P点の電圧VPは、
VP=1/2VR1である。
As a first step, analog switch SW 13
, and connect the movable terminals a of the analog switches SW 11 and SW 15 to the second fixed terminal c, and further connect all the movable terminals a of the analog switches SW 12 and SW 01 to SW 04 to the second fixed terminal c. Connect to c side. Other analog switches SW 14 , SW 16 ,
It is assumed that SW 17 has a movable terminal a connected to a first fixed terminal b. In this state, the voltage V P at point P is
V P = 1/2 V R1 .

第2ステツプは、アナログスイツチSW14
SW17の可動端子aをそれぞれ第2の固定端子c
側にする。
The second step is analog switch SW 14 ,
Connect the movable terminal a of SW 17 to the second fixed terminal c.
to the side.

第3ステツプは、第2ステツプの状態で、アナ
ログスイツチSW12の可動端子aを第1の固定端
子b側に固定する。この、VPは VP=1/2VR1−1/16×1/2VR1=1/2VR1−1/3
2VR1=1/2VR1−1/2LSB となり、この電圧がボルテージフオロアー(電圧
比較器14)を通じてコンデンサC′に保持され
る。
In the third step, in the state of the second step, the movable terminal a of the analog switch SW 12 is fixed to the first fixed terminal b side. This V P is V P = 1/2V R1 -1/16×1/2V R1 = 1/2V R1 -1/3
2V R1 =1/2V R1 -1/2LSB, and this voltage is held in the capacitor C' through the voltage follower (voltage comparator 14).

第4ステツプで、アナログスイツチSW13を開
き、かつ、その他のすべてのアナログスイツチ
SW01〜SW04,SW11,SW12,SW14〜SW17の可
動端子aを第1の固定端子bに接続された状態と
する。
In the fourth step, open analog switch SW 13 and close all other analog switches.
The movable terminals a of SW 01 to SW 04 , SW 11 , SW 12 , and SW 14 to SW 17 are connected to the first fixed terminal b.

以上、第1ステツプから第4ステツプにより、
電圧比較器14の基準電圧が作成される。
As described above, from the first step to the fourth step,
A reference voltage for voltage comparator 14 is created.

第5ステツプ以降は、第1の実施例と同じ動作
により比較を完了する。
From the fifth step onwards, the comparison is completed by the same operations as in the first embodiment.

この比較動作を数式で示すと、 (1)(MSB) VP1−VQ=1/2VR1−Vin+1/2VR1−(1/2VR1
− 1/2LSB) =−Vin+(1/2VR1+1/2LSB) >0または<0 …(6) (2)VP2−VQ=VP1−1/2VR1+(1/4VR1+1/2LSB
) >0または<0 …(7) (3)VP3−VQ=VP1−1/2VR1+(1/8VR1+1/2LSB
) >0または<0 …(8) (4)(LSB)VP4−VQ =VP3−1/2VR1+(1/16VR1+1/2LSB) >0または<0 …(9) となり、常時、1/2LSBだけ上がつた電圧で比 較を行つている。
Expressing this comparison operation mathematically, (1) (MSB) V P1 −V Q = 1/2V R1 −Vin+1/2V R1 −(1/2V R1
- 1/2LSB) = -Vin+(1/2V R1 +1/2LSB) >0 or <0 ...(6) (2)V P2 -V Q =V P1 -1/2V R1 + (1/4V R1 +1/ 2LSB
) >0 or <0 …(7) (3)V P3 −V Q =V P1 −1/2V R1 +(1/8V R1 +1/2LSB
) >0 or <0...(8) (4)(LSB)V P4 -V Q =V P3 -1/2V R1 + (1/16V R1 +1/2LSB) >0 or <0...(9) Comparisons are always made using voltages that have increased by 1/2LSB.

以上により、第2の実施例が第8図に示す量子
化誤差分布をなすことは明白である。
From the above, it is clear that the second embodiment has the quantization error distribution shown in FIG.

上述したような実施例では、1/2LSBのレベル での伝達関数の移動について説明したが、タイミ
ング回路15の変更により入力アナログ電圧のオ
フセツト分移動させることも可能となる。これに
ついて、第9図の伝達関数によつて説明する。
In the above-described embodiment, the transfer function is moved at the level of 1/2LSB, but by changing the timing circuit 15, it is also possible to move the transfer function by the offset of the input analog voltage. This will be explained using the transfer function shown in FIG.

第9図に示すaの伝達関数を持つアナログ・デ
イジタル変換器において、図に示すような3LSB
の入力オフセツトを持つアナログ入力電圧を加え
た場合、Vin−min〜Vin−maxの範囲では、こ
のアナログ・デイジタル変換器は、実質2ビツト
機能となつてしまう。次に、このアナログ・デイ
ジタル変換器において、上記第2の実施例で説明
したような方法により、入力オフセツト分だけ伝
達関数をシフトさせることにより、伝達関数はb
に示すようになる。これにより、フルスケールが
入力オフセツト分だけシフトした形となり、アナ
ログ入力電圧Vin−min〜Vin−maxの範囲では、
充分、3ビツトアナログ・デイジタル変換器の機
能を有する。
In an analog-to-digital converter with a transfer function of a shown in Fig. 9, 3LSB as shown in the figure
If an analog input voltage having an input offset of Next, in this analog-to-digital converter, by shifting the transfer function by the input offset using the method explained in the second embodiment, the transfer function becomes b.
It becomes as shown in . As a result, the full scale is shifted by the input offset, and in the range of analog input voltage Vin-min to Vin-max,
It has the full functionality of a 3-bit analog-to-digital converter.

以上詳述したように、この発明のアナログ・デ
イジタル変換器によれば、アナログ入力電圧に対
する伝達関数の平均移動を可能にしたので、アナ
ログ入力電圧に対する量子化誤差分布に自由度を
もたせることができ、アナログ・デイジタル変換
器を使用する上での考慮や、使用制限をなくすこ
とができる。また、電圧比較器の基準電圧を作成
する動作と、比較動作とで、DA部と電圧比較器
を兼用するようにしたので、チツプサイズを大き
くすることなく実現できる。さらに、この発明の
アナログ・デイジタル変換器は、従来の技術で極
めて簡単に実現できるものである。
As detailed above, according to the analog-to-digital converter of the present invention, it is possible to move the average of the transfer function with respect to the analog input voltage, so it is possible to give a degree of freedom to the quantization error distribution with respect to the analog input voltage. , it is possible to eliminate considerations and usage restrictions when using an analog-to-digital converter. Furthermore, since the DA section and the voltage comparator are used for both the operation of creating the reference voltage of the voltage comparator and the comparison operation, this can be realized without increasing the chip size. Moreover, the analog-to-digital converter of the present invention can be realized very easily using conventional technology.

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

第1図は一般に使用されているnビツト電荷再
分配型アナログ・デイジタル変換器の回路図、第
2図および第3図は上記アナログ・デイジタル変
換器の動作を説明するための図、第4図は上記ア
ナログ・デイジタル変換器の伝達関数および量子
化誤差分布を示す図、第5図ないし第7図はこの
発明によるアナログ・デイジタル変換器の第1の
実施例を説明するための図で、第5図は伝達関数
および量子化誤差分布を示す図、第6図は回路
図、第7図はタイムチヤート、第8図はこの発明
の第2の実施例の伝達関数および量子化誤差分布
を示す図、第9図は第2の実施例にオフセツト機
能をもたせた場合の伝達関数を示す図である。 11…単位容量、12…容量アレイ、121
124…容量、13…選択スイツチアレイ、14
…電圧比較器、SW01〜SW04,SW11〜SW17…ア
ナログスイツチ、R1,R2…抵抗、C′…電圧保持
コンデンサ。
Figure 1 is a circuit diagram of a commonly used n-bit charge redistribution type analog-to-digital converter, Figures 2 and 3 are diagrams for explaining the operation of the analog-to-digital converter, and Figure 4. are diagrams showing the transfer function and quantization error distribution of the analog-to-digital converter, and FIGS. 5 to 7 are diagrams for explaining the first embodiment of the analog-to-digital converter according to the present invention. FIG. 5 is a diagram showing the transfer function and quantization error distribution, FIG. 6 is a circuit diagram, FIG. 7 is a time chart, and FIG. 8 is a diagram showing the transfer function and quantization error distribution of the second embodiment of the present invention. 9 are diagrams showing transfer functions when the second embodiment is provided with an offset function. 11...Unit capacity, 12...Capacity array, 12 1 ~
12 4 ...Capacity, 13...Selection switch array, 14
…Voltage comparator, SW 01 to SW 04 , SW 11 to SW 17 … Analog switch, R 1 , R 2 … Resistor, C′ … Voltage holding capacitor.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 単位容量と、この単位容量の1倍、2倍、4
倍、…2n-1倍の重みを有する複数の容量からな
り、かつ、これらの容量の各々の一端が上記単位
容量の一端とともに共通結合された容量アレイ
と、所定のサンプリング時間でアナログ入力電圧
または接地電圧を選択的に出力する第1の選択ス
イツチ手段と、上記容量アレイの複数の容量の他
端に個別に結合されて、これら容量の他端を上記
第1の選択スイツチ手段の出力または第1の基準
電圧に選択的に接続する複数の選択スイツチ手段
からなる選択スイツチアレイと、上記第1の選択
スイツチ手段の出力または第2の基準電圧を選択
的に上記単位容量の他端へ接続する第2の選択ス
イツチ手段と、第1および第2の信号入力部を有
する電圧比較器と、この電圧比較器の信号出力部
と第1の信号入力部を選択的に結合する第3の選
択スイツチ手段と、上記容量の一端の電圧を上記
電圧比較器の第1の信号入力部または第1の共通
結合部に選択的に接続する第4の選択スイツチ手
段と、所定のサンプリング時間で上記第2の基準
電圧と上記容量で構成されたコンデンサ分圧回路
で分圧された電圧を保持する電圧保持コンデンサ
と、上記電圧比較器の信号出力部をデイジタル信
号出力部または第2の共通結合部へ選択的に結合
する第5の選択スイツチ手段と、上記電圧保持コ
ンデンサの保持電圧を上記第1の共通結合部また
は上記第2の共通結合部へ選択的に結合する第6
の選択スイツチ手段と、上記電圧比較器の第2の
信号入力部を上記第1の共通結合部または上記第
2の基準電圧に選択的に結合する第7の選択スイ
ツチ手段と、上記デイジタル信号出力部のデイジ
タル信号により上記選択スイツチアレイを順次作
動させ、かつ所定のタイミングで上記選択スイツ
チ手段の各々を選択的に作動させるタイミング回
路とを具備してなるアナログ・デイジタル変換
器。 2 第2の基準電圧が第1の基準電圧の1/2で
あ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・デイジタル変換器。
[Claims] 1. Unit capacity, 1 times, 2 times, 4 times this unit capacity.
A capacitor array consisting of a plurality of capacitors having a weight of 2 n-1 times, and one end of each of these capacitors is commonly coupled with one end of the unit capacitor, and an analog input voltage at a predetermined sampling time. or a first selection switch means for selectively outputting the ground voltage; and the other ends of the plurality of capacitors of the capacitor array are individually coupled to connect the other ends of the capacitors to the output of the first selection switch means or a selection switch array comprising a plurality of selection switch means selectively connected to a first reference voltage; and an output of the first selection switch means or a second reference voltage selectively connected to the other end of the unit capacitor; a voltage comparator having first and second signal inputs; and a third selection switch for selectively coupling the signal output of the voltage comparator to the first signal input. switch means; fourth selection switch means for selectively connecting the voltage at one end of the capacitor to a first signal input or a first common coupling of the voltage comparator; A voltage holding capacitor that holds the voltage divided by the capacitor voltage divider circuit composed of the reference voltage No. 2 and the capacitance, and the signal output section of the voltage comparator to the digital signal output section or the second common coupling section. fifth selection switch means for selectively coupling the holding voltage of the voltage holding capacitor to the first common coupling part or the second common coupling part;
a seventh selection switch means for selectively coupling a second signal input of said voltage comparator to said first common coupling or said second reference voltage; and said digital signal output. an analog-to-digital converter comprising: a timing circuit for sequentially operating the selection switch array according to a digital signal of the section; and a timing circuit for selectively operating each of the selection switch means at a predetermined timing. 2. The analog-to-digital converter according to claim 1, wherein the second reference voltage is 1/2 of the first reference voltage.
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