KR100189748B1 - A/d converter of high speed consecutive approximation - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연속 근사(successive-approximation : 이하 SAR이라 칭함) 방식의 A/D 변환기에 관한 것으로 특히 M비트의 변환시 임의의 주파수를 갖는 클럭신호에 동기되어 입력되는 2M-1개의 신호의 레벨을 특정 논리 상태로 출력하되 최고치는 논리상태 1이고 다른 비트들은 모두 0으로 처리하여 2M-1개의 군으로 데이터를 출력하는 디지털 로직과, 상기 디지털 로직에서 출력되는 2M-1개 군의 출력신호들을 각각 하나씩 입력받아 임의의 기준전압을 기준으로 입력받은 데이터를 가산하여 이에 따른 가산치를 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 2M-1개의 D/A 변환기 및 외부에서 입력되는 신호와 상기 D/A 변환기에서 출력되는 신호를 비교하여 그 비교치를 상기 디지털 로직에 입력하는 2M-1개의 비교기로 구성되는 것을 특징으로 하는 고속 연속 근사 A/D 변환기에 관한 것이다.The present invention relates to an A / D converter of a successive approximation (hereinafter referred to as SAR) method. In particular, a level of 2 M -1 signals inputted in synchronization with a clock signal having an arbitrary frequency when M bits are converted is used. but outputs a specific logic state is a high logic state 1, the other bits are all treated as 0 2 M -1 of the digital logic that outputs the data to the group, the output signal of the 2 M -1 one group output from the digital logic 2 M -1 D / A converters for inputting the data received based on an arbitrary reference voltage and converting the added value into an analog signal and outputting the same, and the externally input signal and the D / A converter. A high-speed continuous approximation A / D converter, comprising: 2 M -1 comparators for comparing the signals output from and inputting the comparison values to the digital logic It is about.

Description

고속 연속 근사 A/D 변환기High Speed Continuous Approximation A / D Converter

제1도는 종레 연속 근사 A/D 변환기의 구성 예시도1 is a configuration diagram of a vertical continuous approximation A / D converter

제2도는 제1도에 도시되어 있는 연속 근사 A/D 변환기의 동작 파형도2 is an operating waveform diagram of the continuous approximation A / D converter shown in FIG.

제3도는 본 발명에 따른 연속 근사 A/D 변환기의 구성 예시도3 is an exemplary configuration diagram of a continuous approximation A / D converter according to the present invention.

제4도는 제3도에 도시되어 있는 연속 근사 A/D 변환기의 동작 파형도4 is an operating waveform diagram of the continuous approximation A / D converter shown in FIG.

본 발명은 연속 근사(successive-approximation : 이하 SAR이라 칭함)방식의 A/D 변환기에 관한 것으로 특히, 중속(Medium Speed)의 변환 속도를 갖는 종래의 A/D 변환기의 구조를 크게 변화시키지 않으면서도 변환속도를 개선하기 위한 고속 연속 근사 A/D 변환기에 관한 것이다.The present invention relates to a continuous approximation (Successive-approximation (SAR)) A / D converter type, in particular, without significantly changing the structure of the conventional A / D converter having a medium speed (speed conversion) A fast continuous approximation A / D converter for improving the conversion speed.

일반적으로, 종래 SAR 방식의 A/D 변환기의 구성은 첨부한 제1도에 도시되어 있는 바와 같이, 임의의 주파수를 갖는 클럭을 발생시키는 클럭 발생부(10)와 상기 클럭 발생부(10)에 발생되는 클럭신호에 동기되어 입력되는 신호의 레벨을 특정 논리 상태로 출력하되 MSB는 '1'이고 다른 비트들은 '0'이라고 가정하여 출력하는 디지털 로직(20)과, 상기 디지털 로직(20)에서 출력되는 다수개의 출력신호들을 입력받아 외부로 출력하는 출력 레지스터(30)와, 임의의 기준전압(VREF)을 입력받고 상기 출력 레지스터(30)에서 출력되는 데이터를 입력받아 가산하여 이에 따른 가산치를 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 D/A 변환기(40), 및 외부에서 입력되는 신호와 상기 D/A 변환기(40)에서 출력되는 신호를 비교하여 그 비교치를 상기 디지털 로직(20)에 입력하는 비교기(50)로 구성된다.In general, the structure of the A / D converter of the conventional SAR method is divided into the clock generator 10 and the clock generator 10 for generating a clock having an arbitrary frequency, as shown in FIG. The digital logic 20 outputs the level of the signal input in synchronization with the generated clock signal in a specific logic state, but assumes that the MSB is '1' and the other bits are '0', and the digital logic 20 An output register 30 that receives a plurality of output signals to be output and outputs it to the outside, an arbitrary reference voltage VREF, receives data added from the output register 30, adds the added value, and adds the corresponding value to the analog A D / A converter 40 that converts and outputs a signal, and a comparator that compares a signal input from the outside with a signal output from the D / A converter 40 and inputs the comparison value to the digital logic 20 ( 50) It is configured.

또한, 상기 디지털 로직(20)은 동작 개시신호(START) 신호가 입력된 이후부터 상기 클럭 발생부(10)에서 발생되는 클럭을 입력받아 동기되어 상기 동작 개시신호(START)신호를 쉬프팅하여 출력하는 쉬프트 레지스터(21)와 상기 비교기(50)에서 출력되는 데이터와 쉬프트 레지스터(21)에서 출력되는 쉬프팅된 신호응 임의의 조건에 따라 논리적으로 연산처리하여 출력하는 다수개의 조건부 게이트(22A∼22N)로 구성된다.In addition, the digital logic 20 receives the clock generated by the clock generator 10 after the operation start signal START signal is input and is synchronized to shift the output signal of the operation start signal START. The shift register 21 and the data output from the comparator 50 and the shifted signal output from the shift register 21 are composed of a plurality of conditional gates 22A to 22N which are logically processed and output according to an arbitrary condition. do.

상기와 같이 구성되어 있는 종래 SAR방식의 A/D 변환기의 동작을 살펴보면 다음과 같다.Looking at the operation of the conventional SAR type A / D converter configured as described above is as follows.

변환과정을 설명하면 우선, 변환기가 단극성이고, 아날로그 입력신호가 샘플링되어 있다고 가정하며, 상기와 같은 가정 아래서 디지털 로직(20)은 최고위 비트(most significant bit[byte] : 이하, MSB라 칭함)가 '1'이고 다른 비트들은 '0'이라고 가정한다.In describing the conversion process, it is assumed that the converter is unipolar, and that the analog input signal is sampled. Under the above assumption, the digital logic 20 uses the most significant bit (hereinafter, referred to as MSB). Is assumed to be '1' and the other bits are '0'.

상기 디지털 로직(20)에서 출력되는 데이터를 출력 레지스터(30)를 통해 입력받은 D/A 변환기(40)에서 가산한다. 이때 상기 D/A 변환기(40)는 0.5볼트(V)의 기준전압(VREF)을 발생하고 이 신호는 비교기(50)에 인가된다. 상기 비교기(50)의 출력이 '1'이면 입력신호는 기준전압인 0.5볼트보다 높으므로 디지털 로직(20)에서는 MSB는 '1'로 결정된다. 만약, '0'일 경우 MSB가 '0'으로 결정된다.Data output from the digital logic 20 is added by the D / A converter 40 received through the output register 30. At this time, the D / A converter 40 generates a reference voltage VREF of 0.5 volts (V) and the signal is applied to the comparator 50. If the output of the comparator 50 is '1', the input signal is higher than the reference voltage of 0.5 volts, so the MSB is determined to be '1' in the digital logic 20. If '0', the MSB is determined to be '0'.

다음 단계에서는 MSB를 알기 때문에 다음 비트를 '1'로 가정하고 MSB는 결정된 값을 가하여 나머지 비트는 전과 같이 '0'으로 만들어 D/A 변환기(40)에 가한다.In the next step, since the MSB is known, the next bit is assumed to be '1', and the MSB adds the determined value and makes the remaining bits '0' as before, and then applies it to the D / A converter 40.

이때, 상기 비교기(50)의 출력이 다음 비트의 값이 된다. 이러한 방식으로 모든 비트를 알때까지 계속한다.At this time, the output of the comparator 50 becomes the value of the next bit. In this way it continues until all the bits are known.

제2도에서는 D/A 변환기 출력이 샘플링된 입력에 근접하는 순차적인 과정을 보여준다.2 shows a sequential process in which the D / A converter output approaches the sampled input.

N비트 워드에 대한 변환 사이클수가 N임을 알 수 있다.It can be seen that the number of conversion cycles for the N bit word is N.

그러나, 제1도에서 보인 종래 기술의 구조는 N비트를 변환하는데 있어서, N개의 단계가 필요함으로 N개의 단계 이내로 변환되어야 하는 고속응용에는 두 개 이상을 병렬로 쓰거나 다른 구조를 써야 한다는 문제점이 발생되었다.However, the structure of the prior art shown in FIG. 1 has a problem in that two or more steps are required to be converted within N steps because N steps are required to convert N bits. It became.

상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 본 발명의 목적은 중속(Medium Speed)의 변환속도를 갖는 종래의 A/D 변환기의 구조를 크게 변화시키지 않으면서도 변환속도를 개선하기 위한 고속 연속 근사 A/D 변환기를 제공하는 데 있다.An object of the present invention for solving the above problems is a high-speed continuous approximation A / D converter for improving the conversion speed without significantly changing the structure of the conventional A / D converter having a medium speed conversion speed To provide.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 M비트의 변환시 임의의 주파수를 갖는 클럭신호에 동기되어 입력되는 2M-1개의 신호의 레벨을 특정 논리 상태로 출력하되 최고치는 논리상태 1이고 다른 비트들은 모두 0으로 처리하여 2M-1개의 군으로 데이터를 출력하는 디지털 로직과, 상기 디지털 로직에서 출력되는 2M-1개 군의 출력신호들을 각각 하나씩 입력받아 임의의 기준전압을 기준으로 입력받은 데이터를 가산하여 이에 따른 가산치를 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 2M-1개의 D/A 변환기 및 외부에서 입력되는 신호와 상기 D/A 변환기에서 출력되는 신호를 비교하여 그 비교치를 상기 디지털 로직에 입력하는 2M-1개의 비교기로 구성되는 데 있다.A feature of the present invention for achieving the above object is to output a level of 2 M -1 signals inputted in synchronization with a clock signal having an arbitrary frequency when converting M bits to a specific logic state, the highest value being logic state 1 and the other. Bits are all processed as 0 and digital logic outputs data to 2 M -1 groups, and 2 M -1 groups of output signals outputted from the digital logic are received one by one and are input based on an arbitrary reference voltage. 2 M -1 D / A converters for adding the received data, converting the added values into analog signals, and outputting the analog signals, and comparing the signals input from the external signal with the signals output from the D / A converter. It consists of 2 M -1 comparators to input into.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

제3도는 본 발명에 따른 고속 연속 근사 A/D 변환기의 구성도로서, 임의의 주파수를 갖는 클럭신호에 동기되어 입력되는 M개의 신호의 레벨을 특정 논리 상태로 출력하되 MSB는 '1'이고 다른 비트들은 '0'이라고 가정하여 M개의 군으로 데이터를 출력하는 디지털 로직(20A)과 상기 디지털 로직(20A)에서 출력되는 M개 군의 출력신호들을 각각 하나씩 입력받아 임의의 기준전압(VREF)을 기준으로 입력받은 데이터를 가산하여 이에 따른 가산치를 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 M개의 D/A 변환기(40A∼40M) 및 외부에서 입력되는 신호와 상기 D/A 변환기(40A∼40M)에서 출력되는 신호를 비교하여 그 비교치를 상기 디지털 로직(20)에 입력하는 M개의 비교기(50A∼40M)로 구성된다.3 is a block diagram of a fast continuous approximation A / D converter according to the present invention, and outputs M levels of signals input in synchronization with a clock signal having an arbitrary frequency in a specific logic state, but MSB is '1' and Assuming that the bits are '0', the digital logic 20A outputs data to the M groups and the M group output signals output from the digital logic 20A, respectively, are input to receive a random reference voltage VREF. M D / A converters 40A to 40M for adding the data input as a reference, converting the added value into analog signals, and outputting the analog signal, and outputting signals from the D / A converters 40A to 40M. It consists of M comparators 50A-40M which compare a signal and input the comparison value to the said digital logic 20. FIG.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 고속 연속 근사 A/D 변환기의 바람직한 동작을 첨부한 제4도를 참조하여 살펴보면 다음과 같다.Referring to Figure 4 attached to the preferred operation of the fast continuous approximation A / D converter according to the present invention configured as described above are as follows.

M비트씩 변환시킬 때 D/A 변환기와 비교기는 2M-1개로 구성된다.When converting by M bits, the D / A converter and the comparator consist of 2 M -1.

그러나, 첨부한 제3도에서는 설명의 편의상 M개로 도시하였다.However, in FIG. 3, M is shown for convenience of description.

제4도에 도시되어 있는 바와 같이, 처음 N비트 변환시 제1비교기(50A)는와 신호를 비교하고, 제2비교기(50B)는와 비교하여, k번째 비교기(50K)는와 비교한다.As shown in FIG. 4, the first comparator 50A at the first N-bit conversion And the signal, and the second comparator 50B In comparison, the k th comparator (50K) Compare with

단, 상기 k란 변수는 1≤k≤2M-1의 범위에 속한다.However, the k variable is in the range of 1 ≦ k ≦ 2 M −1.

상술한 바와 같이 M개의 비교기를 통과하여 출력되는 2M-1개의 출력은 엔코더(23)를 통해 M비트로 바뀌고, 다음의 M비트 변환시 I번째 비교기(1≤k≤2M-1)는 입력되는 신호와를 비교한다.As described above, the 2 M -1 outputs outputted through the M comparators are converted into M bits through the encoder 23, and the I-th comparator (1≤k≤2 M -1) is input during the next M bit conversion. Signal and Compare

이러한 식으로 N비트를 다 변환하는데 걸리는 시간은사이클이 걸리게 된다.In this way, the time it takes to convert all the N bits It will take a cycle.

예로써, N=6이고, M=2이면 3사이클에 A/D 변환이 이루어진다.For example, when N = 6 and M = 2, A / D conversion is performed in three cycles.

이러한 변환과정이 첨부한 제4도에 도시되어 있는 바와 같이 나타난다.This conversion process is shown as shown in FIG.

상술한 바와 같이 동작하는 본 발명에 따른 고속 연속 근사 A/D 변환기를 제공하면, 도집적화에 따르면서도 고속 A/D 변환 기능을 갖도록 할 수 있다.By providing a fast continuous approximation A / D converter according to the present invention operating as described above, it is possible to have a high speed A / D conversion function according to the degree of integration.

Claims (1)

M비트의 변환시 임의의 주파수를 갖는 클럭신호에 동기되어 입력되는 2M-1개의 신호의 레벨을 특정 논리 상태로 출력하되 최고치는 논리상태 1이고 다른 비트들은 모두 0으로 처리하여 2M-1개의 군으로 데이터를 출력하는 디지털 로직과 ; 상기 디지털 로직에서 출력되는 2M-1개 군의 출력신호들을 각각 하나씩 입력받아 임의의 기준전압을 기준으로 입력받은 데이터를 가산하여 이에 따른 가산치를 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 2M-1개의 D/A 변환기 및 외부에서 입력되는 신호와 상기 D/A 변환기에서 출력되는 신호를 비교하여 그 비교치를 상기 디지털 로직에 입력하는 2M-1개의 비교기로 구성되는 것을 특징으로 하는 고속 연속 근사 A/D 변환기.When converting M bits, it outputs the level of 2 M -1 signals inputted in synchronization with a clock signal having an arbitrary frequency in a specific logic state, but the maximum value is logic state 1, and all other bits are treated as 0 so that 2 M -1 Digital logic for outputting data to the group; 2 M -1 D of which receives respectively one input the output signals of the 2 M -1 one group output from the digital logic adds the data received, based on the arbitrary reference voltage thereto adding the output value is converted into an analog signal in accordance with A fast continuous approximation A / D comprising a 2M -1 comparator for comparing the / A converter and the signal input from the outside with the signal output from the D / A converter and input the comparison value to the digital logic. converter.
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