KR101833923B1 - Successive approximated register analog to digital converter using reference voltage variable comparator - Google Patents

Successive approximated register analog to digital converter using reference voltage variable comparator Download PDF

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KR101833923B1
KR101833923B1 KR1020170046120A KR20170046120A KR101833923B1 KR 101833923 B1 KR101833923 B1 KR 101833923B1 KR 1020170046120 A KR1020170046120 A KR 1020170046120A KR 20170046120 A KR20170046120 A KR 20170046120A KR 101833923 B1 KR101833923 B1 KR 101833923B1
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윤광섭
이상헌
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인하대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a successive approximated analog-to-digital converter using a reference voltage variable comparator, and more specifically, to a successive approximated analog-to-digital converter using a reference voltage variable comparator, which is to convert an analog signal into a digital signal at high speed and low power by increasing a conversion speed for converting an analog signal into a digital signal and reducing power consumption using a reference voltage variable comparator. To this end, the successive approximated analog-to-digital converter using a reference voltage variable comparator comprises: a conversion unit for receiving an analog signal, converting the analog signal into a digital signal using a reference voltage variable comparison module for an upper bit, and converting the same using a capacitor digital analog converter (C-DAC) module for a lower bit; and a control unit for determining an upper bit of digital output by changing an offset of the reference voltage variable comparison module, and determining the upper bit of digital output by controlling the C-DAC module. Accordingly, a conversion speed for converting an analog signal into a digital signal is improved, and power consumption is reduced.

Description

기준전압 가변 비교기를 이용하는 축차 비교형 아날로그 디지털 변환기{Successive approximated register analog to digital converter using reference voltage variable comparator}[0001] The present invention relates to a successive approximation register analog-to-digital converter using a reference voltage variable comparator,

본 발명은 기준전압 가변 비교기를 이용하는 축차 비교형 아날로그 디지털 변환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기준전압 가변 비교기를 이용함으로써 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 변환속도를 증가시키고 전력소모를 감소시켜 고속 저전력으로 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 기준전압 가변 비교기를 이용하는 축차 비교형 아날로그 디지털 변환기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an analog-to-digital converter using a reference voltage variable comparator, and more particularly, to an analog-to-digital converter using a reference voltage variable comparator. To an analog-to-digital converter of a comparative type using a reference voltage variable comparator for converting an analog signal into a digital signal.

자연계에 존재하는 아날로그 신호인 소리 또는 전파 등은 아날로그-디지털 변환기를 통하여 디지털 신호로 변환된 후, 변환된 디지털 신호를 텔레비전 또는 휴대전화 등과 같은 디지털 기기에서 사용하게 된다. 따라서 근래에 많은 전자 기기들이 디지털화 되어감에 따라, 아날로그와 디지털 신호처리의 인터페이스 부분인 아날로그-디지털 변환 기술에 대한 중요성이 더욱 증가하고 있다.Sound or radio waves, which are analog signals existing in the natural world, are converted into digital signals through an analog-digital converter, and then the converted digital signals are used in digital devices such as televisions or cellular phones. Thus, as many electronic devices have become digitized in recent years, the importance of analog-to-digital conversion technology, which is an interface part of analog and digital signal processing, is increasing.

이러한 아날로그-디지털 변환기는 여러 가지 응용 분야의 다양한 기준에 부합하는 여러 종류의 기술들이 제안되고 실제 적용되고 있으며, 특히 무선 통신 기기에서 사용되는 아날로그-디지털 변환기는 무선 통신 기기의 특성상 적은 전력 소모가 문제로 대두되고 있다. 또한, 광대역 통신에 대한 관심이 높아지면서 적은 전력 소모에 더하여 더욱 빠른 속도로 동작하는 아날로그-디지털 변환기가 요구되고 있다.In the analog-to-digital converter, various kinds of technologies meeting various criteria of various application fields have been proposed and practically applied, and in particular, an analog-to-digital converter used in a wireless communication device has a problem of low power consumption . In addition, as interest in broadband communication increases, there is a demand for an analog-to-digital converter that operates at a higher speed in addition to lower power consumption.

다양한 아날로그-디지털 변환기 중에서, 축차 비교형 아날로그-디지털 변환기(Successive Approximation Analog/Digital Converter)는 비교기와 커패시터 디지털 아날로그 변환기(Capacitor Digital Analog Converter, C-DAC)를 사용하여 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환해주는 장치로서, 다른 구조의 아날로그-디지털 변환기에 비해 회로의 구조가 간단하고, 전력 소모가 낮아 생체신호 측정용 또는 휴대용 장치에 포함되어 사용된다.Among the various analog-to-digital converters, successive approximation analog / digital converters use a comparator and a capacitor digital analog converter (C-DAC) to convert an analog signal to a digital signal As compared with analog-to-digital converters of other structures, the structure of the circuit is simple, and the power consumption is low, so that it is used in a bio-signal measuring device or a portable device.

그러나 커패시터 디지털 아날로그 변환기(C-DAC)에 사용되는 커패시터의 충·방전 시간과 해상도에 의하여 야기되는 한계 때문에 한 번 신호를 변환할 때 사용하는 클럭의 수가 증가함에 따라 변환 속도를 향상시키기 어렵다는 문제가 있다.However, due to the limitations caused by the charge / discharge time and resolution of the capacitors used in the capacitor digital-to-analog converter (C-DAC), there is a problem that it is difficult to improve the conversion speed as the number of clocks have.

대한민국 등록특허 제0324299호(2002년 02월 25일 공고)Korean Patent No. 0324299 (issued on February 25, 2002)

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 종래의 단점을 해결한 것으로서, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 변환속도를 향상시키고, 아날로그-디지털 변환기에 사용되는 커패시터(capacitor)의 개수를 줄여서 전력소모를 감소시킴으로써 고속 저전력의 아날로그 디지털 변환기를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to improve the conversion speed for converting an analog signal into a digital signal and reduce the number of capacitors used in the analog- So as to provide a high-speed, low-power analog-to-digital converter.

이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 특징에 따른 기준전압 가변 비교기를 이용하는 축차 비교형 아날로그 디지털 변환기는 입력부, 변환부, 출력부 및 제어부를 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided an analog-to-digital converter using a reference voltage variable comparator, including an input unit, a conversion unit, an output unit, and a control unit.

상기 입력부는 아날로그(Analog) 신호 및 외부 클럭(External clock) 신호를 입력받을 수 있다.The input unit may receive an analog signal and an external clock signal.

상기 변환부는 내부클럭 생성모듈, 리셋신호 생성모듈, 커패시터 디지털 아날로그 변환(Capacitor Digital Analog Converter, C-DAC) 모듈, SAR(Successive approximation register) 모듈 및 기준전압 가변 비교 모듈을 포함할 수 있다.The conversion unit may include an internal clock generation module, a reset signal generation module, a capacitor digital analog converter (C-DAC) module, a successive approximation register (SAR) module, and a reference voltage variable comparison module.

상기 내부클럭 생성모듈은 외부 클럭(External clock) 신호를 전송받아 주기가 감소되고 동작속도가 증가된 내부 클럭(Internal clock) 신호를 생성할 수 있다.The internal clock generating module may generate an internal clock signal whose cycle is reduced by receiving an external clock signal and whose operation speed is increased.

상기 리셋신호 생성모듈은 내부클럭 생성모듈로부터 내부 클럭(Internal clock) 신호를 입력받아 기 정해진 클럭(Clock) 수마다 리셋(Reset) 신호를 생성할 수 있다.The reset signal generation module may receive an internal clock signal from the internal clock generation module and generate a reset signal for each predetermined number of clocks.

커패시터 디지털 아날로그 변환(Capacitor Digital Analog Converter, C-DAC) 모듈은 샘플링을 위한 커패시터, 배율을 위한 커패시터, 하위비트의 기준전압을 변환하는 커패시터를 포함할 수 있다.Capacitor The digital analog converter (C-DAC) module can include a capacitor for sampling, a capacitor for magnification, and a capacitor for converting the lower-bit reference voltage.

SAR(Successive approximation register) 모듈은 상기 제어부의 제어에 따라 동작되어 기준전압에 해당하는 디지털 신호를 출력할 수 있다.The SAR (Successive approximation register) module is operated under the control of the control unit to output a digital signal corresponding to the reference voltage.

기준전압 가변 비교 모듈은 아날로그 신호를 디지털 신호의 상위비트로 변환하기 위해 아날로그 신호를 입력받고, 기준전압의 오프셋(Offset)을 변화시켜 상기 아날로그 신호와 오프셋(Offset)을 비교하여 디지털 출력(Digital Output)의 상위비트를 결정할 수 있다.The reference voltage variable comparison module receives an analog signal to convert an analog signal into an upper bit of a digital signal, compares the analog signal with an offset by changing an offset of the reference voltage, Lt; / RTI >

상기 제어부는 C-DAC 제어모듈 및 가변비교 제어모듈을 포함할 수 있다.The control unit may include a C-DAC control module and a variable comparison control module.

상기 C-DAC 제어모듈은 커패시터 디지털 아날로그 변환 모듈내에 구성되는 상기 샘플링을 위한 커패시터, 배율을 위한 커패시터 및 하위비트의 기준전압을 변환하는 커패시터를 스위칭(Switching)을 통해 제어할 수 있다.The C-DAC control module can control the capacitor for sampling, the capacitor for magnification, and the capacitor for converting the lower-bit reference voltage, which are configured in the capacitor digital-analog conversion module, through switching.

상기 가변비교 제어모듈은 기준전압 가변 비교 모듈을 제어할 수 있다.The variable comparative control module may control the reference voltage variable comparison module.

또한, 상기 출력부는 변환된 디지털 신호를 출력할 수 있다.The output unit may output the converted digital signal.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 기준전압 가변 비교기를 이용하는 축차 비교형 아날로그 디지털 변환기는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 변환속도가 향상되고 전력소모를 감소시키는 효과가 있다.As described above, the sequential comparison type analog-to-digital converter using the reference voltage variable comparator according to the present invention has an effect of improving a conversion speed for converting an analog signal into a digital signal and reducing power consumption.

또한, 하위비트에서 커패시터 디지털 아날로그 변환기의 스위칭을 통해 디지털 코드를 결정함으로써 높은 해상도의 설계가 가능하게 되는 효과가 있다.In addition, the switching of the capacitor digital-to-analog converter in the lower bit determines the digital code, thereby enabling a high-resolution design.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 기준전압 가변 비교기를 이용하는 축차 비교형 아날로그 디지털 변환기를 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 기준전압 가변 비교기를 이용하는 축차 비교형 아날로그 디지털 변환기를 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 기준전압 가변 비교기를 이용하는 축차 비교형 아날로그 디지털 변환기에서 커패시터 디지털 아날로그 변환(C-DAC) 모듈을 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 기준전압 가변 비교기를 이용하는 축차 비교형 아날로그 디지털 변환기의 입출력 신호들에 대한 동작을 나타내는 타이밍도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 기준전압 가변 비교기를 이용하는 축차 비교형 아날로그 디지털 변환기의 변환 방법을 나타내는 순서도이다.1 is a configuration diagram illustrating a series-compared analog-to-digital converter using a reference voltage variable comparator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram illustrating a comparison-type analog-to-digital converter using a reference voltage variable comparator according to an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram illustrating a capacitor digital-to-analog converter (C-DAC) module in a sequential comparison type analog-to-digital converter using a reference voltage variable comparator in accordance with an embodiment of the present invention.
4 is a timing diagram illustrating operations of input / output signals of a sequential comparison type analog-to-digital converter using a reference voltage variable comparator according to an exemplary embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating a conversion method of a comparison-type analog-to-digital converter using a reference voltage variable comparator according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 또는 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Throughout the specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise. Also, the terms " part, "" ... "," module ", and the like described in the specification mean units for processing at least one function or operation, and may be implemented by hardware or software or a combination of hardware and software .

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings.

각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Like reference symbols in the drawings denote like elements.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 기준전압 가변 비교기를 이용하는 축차 비교형 아날로그 디지털 변환기를 나타내는 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 기준전압 가변 비교기를 이용하는 축차 비교형 아날로그 디지털 변환기를 나타내는 블록도이다.FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a comparison-type analog-to-digital converter using a reference voltage variable comparator according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram of a series- Digital converter.

본 발명에 따른 기준전압 가변 비교기를 이용하는 축차 비교형 아날로그 디지털 변환기는 입력부(100), 변환부(200), 출력부(300) 및 제어부(400)를 포함할 수 있다.The comparison-type analog-to-digital converter using the reference voltage variable comparator according to the present invention may include an input unit 100, a conversion unit 200, an output unit 300, and a control unit 400.

또한, 입력부(100)는 아날로그신호 입력모듈(110) 및 클럭신호 입력모듈(120)을 포함할 수 있다.The input unit 100 may include an analog signal input module 110 and a clock signal input module 120.

아날로그신호 입력모듈(110)은 외부로부터 소리 또는 전파와 같은 아날로그 신호를 입력받을 수 있다.The analog signal input module 110 can receive an analog signal such as a sound or a radio wave from the outside.

클럭신호 입력모듈(120)은 외부 클럭(External clock) 신호를 입력받아 내부클럭(Internal clock) 생성모듈(210)에 전송할 수 있다.The clock signal input module 120 may receive an external clock signal and transmit it to the internal clock generation module 210.

변환부(200)는 내부클럭 생성모듈(210), 리셋신호 생성모듈(220), 커패시터 디지털 아날로그 변환(Capacitor Digital Analog Converter, C-DAC) 모듈(230), SAR(Successive approximation register) 모듈(240) 및 기준전압 가변 비교 모듈(250)을 포함할 수 있다.The conversion unit 200 includes an internal clock generation module 210, a reset signal generation module 220, a capacitor digital analog converter (C-DAC) module 230, a successive approximation register (SAR) module 240 ) And a reference voltage variable comparison module 250. [

내부클럭 생성모듈(210)은 클럭신호 입력모듈(120)로부터 외부 클럭(External clock) 신호를 전송받아 주기가 감소되고 동작속도가 증가된 내부 클럭(Internal clock) 신호를 생성할 수 있다.The internal clock generation module 210 may receive an external clock signal from the clock signal input module 120 to generate an internal clock signal whose cycle is reduced and whose operation speed is increased.

본 발명에 따른 일실시예로 내부클럭 생성모듈(210)은 클럭 더블 회로(Clock double circuit)를 이용하여 주기가 반으로 줄어든 내부 클럭(Internal clock) 신호를 생성할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the internal clock generation module 210 may generate an internal clock signal whose cycle is halved using a clock double circuit.

리셋신호 생성모듈(220)은 내부클럭 생성모듈(210)로부터 내부 클럭(Internal clock) 신호를 입력받아 기 정해진 클럭(Clock) 수마다 리셋(Reset) 신호를 생성할 수 있다.The reset signal generation module 220 receives an internal clock signal from the internal clock generation module 210 and generates a reset signal for each predetermined number of clocks.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 기준전압 가변 비교기를 이용하는 축차 비교형 아날로그 디지털 변환기에서 커패시터 디지털 아날로그 변환(C-DAC) 모듈을 나타내는 블록도이다.3 is a block diagram illustrating a capacitor digital-to-analog converter (C-DAC) module in a sequential comparison type analog-to-digital converter using a reference voltage variable comparator in accordance with an embodiment of the present invention.

커패시터 디지털 아날로그 변환(Capacitor Digital Analog Converter, C-DAC) 모듈(230)은 샘플링을 위한 커패시터, 배율을 위한 커패시터, 하위비트의 기준전압을 변환하는 커패시터를 포함할 수 있다.The capacitor digital analog converter (C-DAC) module 230 may include a capacitor for sampling, a capacitor for magnification, and a capacitor for converting a reference voltage of a lower bit.

또한, 커패시터 디지털 아날로그 변환(Capacitor Digital Analog Converter, C-DAC) 모듈(230)은 제어부(400)의 제어에 따라 동작되어 아날로그 입력신호를 샘플링하고, 하위비트의 배율을 조절하며, 상기 하위비트의 기준전압(Reference Voltage, Vref)을 변환하고, 상기 샘플링된 아날로그 신호와 기준전압을 비교하여 디지털 출력(Digital Output)의 하위비트를 결정할 수 있다.The capacitor digital-analog converter (C-DAC) module 230 is operated under the control of the control unit 400 to sample the analog input signal, adjust the magnification of lower bits, The reference voltage (Vref) is converted, and the lower bit of the digital output is determined by comparing the sampled analog signal with the reference voltage.

여기에서, 하위비트 및 상위비트의 수는 아날로그-디지털 변환기(Analog Digital Converter)의 변환속도 및 전력소모에 따라서 조절될 수 있다.Here, the number of lower bits and upper bits can be adjusted according to conversion speed and power consumption of an analog-digital converter.

그러나, 고속 저전력의 아날로그 디지털 변환기를 제공하기 위해서 상기 하위비트 및 상위비트의 수는 서로 대응되도록 조절하는 것이 바람직하다.However, in order to provide a high-speed, low-power analog-to-digital converter, it is desirable to adjust the number of lower bits and upper bits to correspond to each other.

본 발명에 따른 일실시예로 10비트의 축차 비교형 아날로그 디지털 변환기에서 상위 5비트와 하위 5비트 신호가 제시될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the upper 5 bits and the lower 5 bits signal may be presented in a 10-bit sequence comparison type analog-to-digital converter.

SAR(Successive approximation register) 모듈(240)은 제어부(400)의 제어에 따라 동작되어 기준전압에 해당하는 디지털 신호를 출력할 수 있다.The SAR (Successive approximation register) module 240 is operated under the control of the controller 400 to output a digital signal corresponding to the reference voltage.

기준전압 가변 비교 모듈(250)은 아날로그 신호를 디지털 신호의 상위비트로 변환하기 위해 아날로그 신호를 입력받고, 기준전압의 오프셋(Offset)을 변화시켜 상기 아날로그 신호와 오프셋(Offset)을 비교하여 디지털 출력(Digital Output)의 상위비트를 결정할 수 있다.The reference voltage variable comparison module 250 receives an analog signal to convert an analog signal into an upper bit of a digital signal, compares the analog signal with an offset by changing an offset of the reference voltage, Digital Output).

여기에서, 커패시터 디지털 아날로그 변환 모듈(230)은 커패시터 디지털 아날로그 변환기가 될 수 있다. 또한, 기준전압 가변 비교 모듈(250)은 기준전압 가변 비교기가 될 수 있다.Here, the capacitor digital-analog conversion module 230 may be a capacitor digital-analog converter. Also, the reference voltage variable comparison module 250 may be a reference voltage variable comparator.

제어부(400)는 C-DAC 제어모듈(410) 및 가변비교 제어모듈(420)을 포함할 수 있다.The control unit 400 may include a C-DAC control module 410 and a variable comparison control module 420.

C-DAC 제어모듈(410)은 커패시터 디지털 아날로그 변환 모듈(230)내에 구성되는 상기 샘플링을 위한 커패시터, 배율을 위한 커패시터 및 하위비트의 기준전압을 변환하는 커패시터를 스위칭(Switching)을 통해 제어할 수 있다.The C-DAC control module 410 can control the capacitor for sampling, the capacitor for scaling, and the capacitor for converting the lower-bit reference voltage, which are configured in the capacitor digital-analog conversion module 230, through Switching have.

이로 인하여 C-DAC 제어모듈(410)은 커패시터 디지털 아날로그 변환 모듈(230)에서 아날로그 입력신호를 샘플링하고, 하위비트의 배율을 조절하며, 상기 하위비트의 기준전압(Reference Voltage, Vref)을 변환하고, 상기 샘플링된 아날로그 신호와 기준전압을 비교하여 디지털 출력(Digital Output)의 하위비트를 결정할 수 있다.Accordingly, the C-DAC control module 410 samples the analog input signal in the capacitor digital-analog conversion module 230, adjusts the magnification of the lower bit, converts the reference voltage (Vref) of the lower bit , And the lower bits of the digital output can be determined by comparing the sampled analog signal with a reference voltage.

가변비교 제어모듈(420)은 기준전압 가변 비교 모듈(250)을 제어할 수 있다.The variable comparative control module 420 may control the reference voltage variable comparison module 250.

출력부(300)는 변환된 디지털 신호를 출력할 수 있다.The output unit 300 can output the converted digital signal.

이에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.This will be described in detail as follows.

본 발명은 기준전압 가변 비교기를 이용하는 축차 비교형 아날로그 디지털 변환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상위비트에 대해서는 기준전압 가변 비교기를 이용하여 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고 하위비트에 대해서는 커패시터 디지털 아날로그 변환기(Capacitor Digital Analog Converter, C-DAC)를 이용하여 변환하는 축차 비교형 아날로그 디지털 변환기에 관한 것이다.[0001] The present invention relates to an analog-to-digital converter using a reference voltage variable comparator, and more particularly to an analog-to-digital converter using a reference voltage variable comparator. More specifically, (Capacitor Digital Analog Converter (C-DAC)).

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 기준전압 가변 비교기를 이용하는 축차 비교형 아날로그 디지털 변환기에서 하위비트를 변환하기 위한 커패시터 디지털 아날로그 변환(C-DAC) 모듈을 나타내는 블록도이다.3 is a block diagram illustrating a capacitor digital-to-analog converter (C-DAC) module for converting low order bits in a column-by-line analog-to-digital converter using a reference voltage variable comparator in accordance with an embodiment of the present invention.

도 3에서 도시된 바와 같이 커패시터 디지털 아날로그 변환(C-DAC) 모듈은 샘플링을 위한 커패시터, 배율을 위한 커패시터 및 하위비트 기준전압을 변환하는 커패시터를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 3, a capacitor digital-to-analog converter (C-DAC) module may include a capacitor for sampling, a capacitor for magnification, and a capacitor for converting a lower bit reference voltage.

본 발명에 따른 일실시예로 도 3에서 2C, 2C-C/8은 입력신호를 샘플링하고, 8개의 C는 하위 5비트의 배율을 맞축기 위한 커패시터로 사용될 수 있다.In an embodiment according to the present invention, 2C and 2C-C / 8 in FIG. 3 sample input signals, and eight Cs can be used as capacitors for scaling the lower 5 bits.

또한, C부터 16C는 하위 5비트의 기준전압을 변환하는 커패시터이다.C to 16C are capacitors for converting the lower 5 bits of the reference voltage.

또한, C-DAC 제어모듈(410)을 통해서 기준전압을 변환하여 디지털 신호의 하위 5비트를 결정할 수 있다.Also, the lower 5 bits of the digital signal can be determined by converting the reference voltage through the C-DAC control module 410.

여기에서, 일반적인 10비트 커패시터 디지털 아날로그 변환기의 커패시터 개수는 210개이지만 본 발명에 따른 10비트 커패시터 디지털 아날로그 변환기는 44개의 커패시터를 사용하여 동적 전력소모를 최소화시킬 수 있다.Here, the number of capacitors of a typical 10-bit capacitor digital-to-analog converter is 2 10 , but the 10-bit capacitor digital-to-analog converter according to the present invention can minimize dynamic power consumption by using 44 capacitors.

본 발명에 따른 커패시터 디지털 아날로그 변환 모듈(230)을 다시 설명하면, 커패시터 디지털 아날로그 변환 모듈(230)에서 입력신호가 샘플링되고 입력과 Vref(기준전압)/2를 비교하여 최상위비트를 결정할 수 있다.The capacitor digital-analog conversion module 230 according to the present invention will now be described. The capacitor digital-analog conversion module 230 samples the input signal and compares the input with Vref (reference voltage) / 2 to determine the most significant bit.

또한, 최상위비트에 따라서 기준전압 가변 비교 모듈(250)의 오프셋을

Figure 112017034864052-pat00001
만큼 증감시켜서 두번째 최상위비트를 결정할 수 있다.In addition, the offset of the reference voltage variable comparison module 250 is determined according to the most significant bit
Figure 112017034864052-pat00001
The second most significant bit can be determined.

또한,

Figure 112017034864052-pat00002
만큼 상위 5비트 동안 기준전압 가변 비교 모듈(250)의 오프셋을 변화시켜 상위 5비트를 결정할 수 있다.Also,
Figure 112017034864052-pat00002
The upper 5 bits can be determined by changing the offset of the reference voltage variable comparison module 250 during the upper 5 bits.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 기준전압 가변 비교기를 이용하는 축차 비교형 아날로그 디지털 변환기의 입출력 신호들에 대한 동작을 나타내는 타이밍도이다.4 is a timing diagram illustrating operations of input / output signals of a sequential comparison type analog-to-digital converter using a reference voltage variable comparator according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 4에서 도시된 바와 같이, 커패시터 디지털 아날로그 변환 모듈(230)의 출력 파형은 상위 5비트 동안 변하지 않는다.As shown in FIG. 4, the output waveform of the capacitor digital-analog conversion module 230 does not change during the upper 5 bits.

5번째의 상위비트가 결정이 되면, 커패시터 디지털 아날로그 변환 모듈(230)의 오프셋을 고정시키고, C-DAC 제어모듈(410)을 통해서 기준전압을 변환시켜서 순차적으로 하위 5비트를 결정할 수 있다.When the fifth higher bit is determined, the offset of the capacitor digital-to-analog conversion module 230 is fixed, and the reference voltage is converted through the C-DAC control module 410 to sequentially determine the lower 5 bits.

본 발명의 일실시예에 따른 기준전압 가변 비교기를 이용하는 축차 비교형 아날로그 디지털 변환기를 동작 신호에 대한 출력파형을 토대로 설명하면 다음과 같다.A sequential comparison type analog-to-digital converter using a reference voltage variable comparator according to an embodiment of the present invention will be described based on an output waveform for an operation signal.

도 2 및 도 4에서 도시된 바와 같이, 외부 클럭(External clock) 신호가 인가되면 내부클럭 생성모듈(210)에 의해 주기가 감소되고 동작속도가 증가된 내부 클럭(Internal clock) 신호를 생성할 수 있다.As shown in FIGS. 2 and 4, when an external clock signal is applied, the internal clock generating module 210 generates an internal clock signal whose cycle is reduced and whose operation speed is increased have.

본 발명에 따른 일실시예로 내부클럭 생성모듈(210)은 클럭 더블 회로(Clock double circuit)를 이용하여 주기가 반으로 줄어든 내부 클럭(Internal clock) 신호를 생성할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the internal clock generation module 210 may generate an internal clock signal whose cycle is halved using a clock double circuit.

또한, 리셋신호 생성모듈(220)은 12개의 내부 클럭(Internal clock) 신호마다 리셋 신호를 생성하고, 축차 비교형 아날로그 디지털 변환기의 동작이 시작될 수 있다.In addition, the reset signal generation module 220 generates a reset signal for each of 12 internal clock signals, and the operation of the column comparative analog-to-digital converter can be started.

주기가 반으로 줄어들어서 외부 클럭(External clock) 신호 한 스텝당 2비트의 디지털 신호를 출력할 수 있다.The cycle is halved so that the external clock signal can output a 2-bit digital signal per step.

도 4에서 도시된 바와 같이 리셋 신호가 생성되고 5개의 내부 클럭(Internal clock) 신호에서 기준전압 가변 비교 모듈(250)을 통해 아날로그 신호가 디지털 출력의 상위 5비트(B9 ~ B5)로 변환하는 동안 커패시터 디지털 아날로그 변환 모듈(230)의 출력파형은 변하지 않는다.As shown in FIG. 4, when a reset signal is generated and the analog signal is converted from the five internal clock signals through the reference voltage variable comparison module 250 to the upper five bits B9 to B5 of the digital output The output waveform of the capacitor digital-analog conversion module 230 does not change.

또한, 5번째의 상위비트(B5)가 결정이 되면 기준전압 가변 비교 모듈(250)의 오프셋을 고정시키고 C-DAC 제어모듈(410)을 통해서 기준전압을 변환시켜서 순차적으로 하위 5비트(B4 ~ B0)를 결정할 수 있다.When the fifth higher bit B5 is determined, the offset of the reference voltage variable comparison module 250 is fixed, the reference voltage is converted through the C-DAC control module 410, and the lower 5 bits B4- B0).

또한, 5번째의 하위비트(B0)가 결정이 되면 변환완료(EOC) 신호가 생성되고, 리셋신호 생성모듈(220)에서 리셋 신호를 생성할 수 있다.When the fifth lower bit B0 is determined, a conversion completion (EOC) signal is generated, and the reset signal generation module 220 can generate a reset signal.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 기준전압 가변 비교기를 이용하는 축차 비교형 아날로그 디지털 변환기의 변환 방법을 나타내는 순서도이다.5 is a flowchart illustrating a conversion method of a comparison-type analog-to-digital converter using a reference voltage variable comparator according to an embodiment of the present invention.

도 5에서 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 기준전압 가변 비교기를 이용하는 축차 비교형 아날로그 디지털 변환 방법은 외부 클럭(External clock) 신호가 인가되는 단계(S1), 상기 외부 클럭(External clock) 신호를 입력받아 내부클럭(Internal clock)을 생성하는 단계(S2), 내부 클럭(Internal clock) 신호를 입력받아 기 정해진 클럭(Clock) 수마다 리셋(Reset) 신호를 생성하여 변환기를 동작시키는 단계(S3), 기준전압 가변 비교 모듈(250)을 통해 아날로그 신호를 디지털 신호의 상위비트로 변환하는 단계(S4), 커패시터 디지털 아날로그 변환 모듈(230)을 통해 아날로그 신호를 디지털 신호의 하위비트로 변환하는 단계(S5) 및 변환완료(EOC) 신호를 생성하여 변환을 완료하고 디지털 신호를 출력하는 단계(S6)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 5, a method of comparing and comparing analog digital signals using a reference voltage variable comparator according to an embodiment of the present invention includes a step S1 of applying an external clock signal, a step of receiving an external clock A step S2 of generating an internal clock by receiving an internal clock signal, generating a reset signal for each predetermined number of clocks by receiving an internal clock signal, and operating the converter (S4), converting the analog signal into upper bits of the digital signal through the reference voltage variable comparison module 250 (S4), converting the analog signal into lower bits of the digital signal through the capacitor digital-analog conversion module 230 (S5) and a conversion completion (EOC) signal to complete the conversion and output a digital signal (S6).

이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, And all changes to the scope that are deemed to be valid.

100 : 입력부 110 : 아날로그신호 입력모듈
120 : 클럭신호 입력모듈 200 : 변환부
210 : 내부클럭 생성모듈 220 : 리셋신호 생성모듈
230 : 커패시터 디지털 아날로그 변환 모듈
240 : SAR 모듈 250 : 기준전압 가변 비교 모듈
300 : 출력부 400 : 제어부
410 : C-DAC 제어모듈 420 : 가변비교 제어모듈100: input unit 110: analog signal input module
120: Clock signal input module 200:
210: internal clock generation module 220: reset signal generation module
230: Capacitor Digital to Analog Conversion Module
240: SAR module 250: Reference voltage variable comparison module
300: output unit 400: control unit
410: C-DAC control module 420: Variable comparison control module

Claims (5)

아날로그(Analog) 신호 및 외부 클럭(External clock) 신호를 입력받는 입력부;
상기 입력받은 아날로그 신호를 상위비트에 대해서는 기준전압 가변 비교 모듈을 이용하여 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고 하위비트에 대해서는 커패시터 디지털 아날로그 변환(Capacitor Digital Analog Converter, C-DAC) 모듈을 이용하여 변환하는 변환부;
상기 기준전압 가변 비교 모듈의 오프셋(Offset)을 변화시켜 디지털 출력(Digital Output)의 상위비트를 결정하고, 커패시터 디지털 아날로그 변환(Capacitor Digital Analog Converter, C-DAC) 모듈을 제어하여 디지털 출력(Digital Output)의 하위비트를 결정하는 제어부; 및
상기 변환된 디지털 신호를 출력하는 출력부;를 포함하되,
상기 변환부는
상기 제어부의 제어에 따라 동작되어 아날로그 입력신호를 샘플링하고, 하위비트의 배율을 조절하며, 상기 하위비트의 기준전압(Reference Voltage, Vref)을 변환하고, 상기 샘플링된 아날로그 신호와 기준전압을 비교하여 디지털 출력(Digital Output)의 하위비트를 결정하는 커패시터 디지털 아날로그 변환 모듈;
상기 제어부의 제어에 따라 동작되어 기준전압에 해당하는 디지털 신호를 출력하는 SAR(Successive approximation register) 모듈; 및
아날로그 신호를 디지털 신호의 상위비트로 변환하기 위해 아날로그 신호를 입력받고, 기준전압의 오프셋(Offset)을 변화시켜 상기 아날로그 신호와 오프셋(Offset)을 비교하여 디지털 출력(Digital Output)의 상위비트를 결정하는 기준전압 가변 비교 모듈;을 포함하고,
상기 커패시터 디지털 아날로그 변환 모듈은 샘플링을 위한 커패시터, 배율을 위한 커패시터, 하위비트의 기준전압을 변환하는 커패시터를 포함하며,
상기 제어부는
상기 커패시터 디지털 아날로그 변환 모듈 내에 구성되는 상기 샘플링을 위한 커패시터, 배율을 위한 커패시터 및 하위비트의 기준전압을 변환하는 커패시터를 스위칭(Switching)을 통해 제어하는 C-DAC 제어모듈; 및
상기 기준전압 가변 비교 모듈을 제어하는 가변비교 제어모듈;을 포함하는 축차 비교형 아날로그 디지털 변환기.
An input unit for receiving an analog signal and an external clock signal;
For the upper bits of the input analog signal, an analog signal is converted into a digital signal using a reference voltage variable comparison module, and a lower bit is converted using a capacitor digital analog converter (C-DAC) module A conversion unit;
The offset of the reference voltage variable comparison module is changed to determine the upper bit of the digital output and the capacitor digital analog converter (C / D-DAC) module is controlled to output the digital output ); ≪ / RTI > And
And an output unit for outputting the converted digital signal,
The conversion unit
And a comparator for comparing the sampled analog signal with a reference voltage, and outputting the sampled analog signal to the reference voltage generating unit. The control unit controls the sampling unit to sample the analog input signal, adjust the magnification of the lower bit, A capacitor digital-to-analog conversion module for determining the lower bits of the digital output;
A successive approximation register (SAR) module operated under the control of the control unit to output a digital signal corresponding to a reference voltage; And
An analog signal is input to convert an analog signal into an upper bit of a digital signal, and an offset of the reference voltage is changed to determine an upper bit of the digital output by comparing the offset with the analog signal. And a reference voltage variable comparison module,
The capacitor digital-analog conversion module includes a capacitor for sampling, a capacitor for magnification, and a capacitor for converting a reference voltage of a lower bit,
The control unit
A C-DAC control module configured to control, through switching, a capacitor for sampling, a capacitor for magnification, and a capacitor for converting a lower-bit reference voltage, which are configured in the capacitor digital-analog conversion module; And
And a variable comparison control module for controlling the reference voltage variable comparison module.
삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 변환부는
외부 클럭(External clock) 신호를 전송받아 주기가 감소되고 동작속도가 증가된 내부 클럭(Internal clock) 신호를 생성하는 내부클럭 생성모듈; 및
상기 내부클럭 생성모듈로부터 내부 클럭(Internal clock) 신호를 입력받아 기 정해진 클럭(Clock) 수마다 리셋(Reset) 신호를 생성하는 리셋신호 생성모듈;을 더 포함하는 축차 비교형 아날로그 디지털 변환기.
The method according to claim 1,
The conversion unit
An internal clock generation module for generating an internal clock signal in which the cycle is reduced and the operation speed is increased by receiving an external clock signal; And
And a reset signal generation module receiving an internal clock signal from the internal clock generation module and generating a reset signal for each predetermined number of clocks.
제 1항에 있어서,
상기 기준전압 가변 비교 모듈을 이용하여 상기 입력받은 아날로그 신호를 상위비트의 디지털 신호로 변환하는 동안 상기 커패시터 디지털 아날로그 변환 모듈의 출력 파형은 변하지 않는 것을 특징으로 하는 축차 비교형 아날로그 디지털 변환기.
The method according to claim 1,
Wherein the output waveform of the capacitor digital-analog conversion module is not changed while the input analog signal is converted into a high-bit digital signal using the reference voltage variable comparison module.
제 1항에 있어서,
상기 기준전압 가변 비교 모듈을 이용하여 디지털 신호의 상위비트가 결정되면 상기 커패시터 디지털 아날로그 변환 모듈의 오프셋을 고정시키고, 상기 C-DAC 제어모듈을 통해서 기준전압을 변환시켜서 순차적으로 하위비트를 결정하는 것을 특징으로 하는 축차 비교형 아날로그 디지털 변환기.
The method according to claim 1,
When the upper bits of the digital signal are determined using the reference voltage variable comparison module, the offset of the capacitor digital-analog conversion module is fixed, and the lower bits are sequentially determined by converting the reference voltage through the C-DAC control module Featured analog-to-digital converter.
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