KR101834975B1 - Split monotonic successive approximation register analog to digital converter - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 아날로그 디지털 변환기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 에너지 효율이 좋은 기존 단조 연속 근사 아날로그 디지털 변환기의 커패시터 개수를 줄일 수 있도록 분리형 기법을 조합하는 분리형 단조 연속 근사 아날로그 디지털 변환기에 관한 것이다.The present invention relates to analog-to-digital converters, and more particularly, to a discrete, fork-in-successive approximate analog-to-digital converter that combines separate techniques to reduce the number of capacitors in an energy efficient conventional forged successive approximation analog-to-digital converter.
기존의 단조 연속 근사 아날로그 디지털 변환기(monotonic successive approximation register analog to digital converter : MSAR ADC)는 비트(N)당 2N-1의 커패시터 개수가 필요하다. 따라서 10 bit의 경우 512개의 커패시터가 필요하며, 1비트 증가할수록 설계 면적이 크게 증가하게 된다. 하지만, 기존의 연속 근사 아날로그 디지털 변환기에 비해 에너지효율이 좋다는 장점이 있다.A conventional monotonic successive approximation register analog to digital converter (MSAR ADC) requires a number of capacitors of 2 N-1 per bit (N). Therefore, it requires 512 capacitors for 10 bits, and the design area increases greatly as 1 bit increases. However, it has the advantage of being more energy efficient than conventional successive approximation analog-to-digital converters.
한편, 기존의 분리형 연속 근사 아날로그 디지털 변환기(Split successive approximation register analog to digital converter : Split SAR ADC)는 브릿지 커패시터(bridge capacitance)를 통해서 적은 개수의 커패시터만으로도 고해상도의 아날로그 디지털 변환이 가능하다. 그러나 브릿지 커패시터의 크기(용량크기)를 정확히 조절하기 어렵기 때문에, 하위비트영역에서의 오차가 커지는 문제가 있다. 예를 들어, 10 bit의 분리형 연속 근사 아날로그 디지털 변환기에서 기본적인 커패시터의 크기를 100 fF으로 설정하면 브릿지 커패시터의 크기가 103.2…fF이 되는데, 이것은 현재의 공정으로 정확히 구현하기가 불가능하다. 따라서 브릿지 커패시터의 공정오차범위에 따라 하위비트의 정확도가 결정되며, 하위비트에서의 정확도를 향상시키기 위해서는 보정회로가 추가되어야 한다.Meanwhile, a conventional split-successive analog-to-digital converter (Split SAR ADC) is capable of high-resolution analog-to-digital conversion with a small number of capacitors through a bridge capacitance. However, since it is difficult to precisely control the size (capacitance size) of the bridge capacitor, there is a problem that the error in the lower bit area becomes larger. For example, in a 10-bit, discrete successive approximation analog-to-digital converter, setting the basic capacitor size to 100 fF results in a bridge capacitor ... fF, which is impossible to accurately implement in the present process. Therefore, the accuracy of the low-order bits is determined according to the process error range of the bridge capacitor, and a correction circuit must be added to improve the accuracy at the low-order bits.
따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 추가된 브릿지 커패시터의 크기를 자연수로 구현한 분리형 기법을 조합함으로써 분리형 기법의 문제점 해결 및 커패시터 개수의 감소시킬 수 있도록 하는 분리형 단조 연속 근사 아날로그 디지털 변환기를 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to solve the problem of a separate type technique and to reduce the number of capacitors by combining separate types of techniques in which the size of an added bridge capacitor is implemented in a natural number Analog-to-digital converters, which are capable of providing a continuous approximate analog to digital converter.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 분리형 단조 연속 근사 아날로그 디지털 변환기는, 연속 근사 레지스터(SAR) 제어 로직에 의해 스위칭 제어에 대응하여 입력신호인 제1입력신호(Vip)와 제2입력신호(Vin)를 입력받아 샘플 동작 및 홀드 동작을 수행하는 샘플 홀드부; 샘플 홀드 시간동안 제1입력신호와 제2입력신호에 대해 각각에 대응되는 출력 전압값인 제1출력신호와 제2출력신호로 생성하며, 브릿지 커패시터(CB)를 상위비트 또는 하위비트를 결정하기 위한 커패시터 어레이를 2단 구조로 형성한 커패시터 어레이; 상기 샘플 홀드부와 연동되어 상기 상위비트 또는 상기 하위비트를 결정하는 스위치(S7); 상기 제1출력신호와 제2출력신호의 크기를 비교하여 비교결과에 따라 디지털 값을 출력하는 비교기; 및 디지털 값에 대응하여 최종 디지털 코드값을 결과 신호로 출력하는 연속 근사 레지스터 제어 로직을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a discrete forged successive approximation analog-to-digital converter including a first approximation register (SAR) control logic for controlling a first input signal, V ip , A sample hold unit that receives a signal V in and performs a sample operation and a hold operation; And generates a first output signal and a second output signal, which are output voltage values corresponding to the first input signal and the second input signal, respectively, during a sample hold time, and determine the upper or lower bit of the bridge capacitor (C B ) A capacitor array in which a capacitor array is formed in a two-stage structure; A switch (S7) interlocked with the sample hold section to determine the upper bit or the lower bit; A comparator for comparing the magnitudes of the first output signal and the second output signal and outputting a digital value according to a comparison result; And successive approximation register control logic for outputting the final digital code value as a result signal corresponding to the digital value.
이 때, 상기 커패시터 어레이는, 상기 브릿지 커패시터(CB) 및 스위치(S7)에 의해 결정되는 상위 커패시터 어레이와 하위 커패시터 어레이를 포함한다. 상기 상위 커패시터 어레이 및 하위 커패시터 어레이 각각은, 상위비트를 결정하는 제1커패시터부와, 하위비트를 결정하는 제2 커패시터부를 포함한다. 상기 제1커패시터부 및 제2커패시터부 각각은, 병렬 연결된 복수의 커패시터를 포함하며, 복수의 커패시터는 레퍼런스 전압 또는 접지되는 바닥 스위치에 일단이 접속되고 타단은 비교기에 접속된다. 상기 제1커패시터부와 제2커패시터부의 비율은 N:N, N:N-1, N:N-2, … , N:1 중에서 어느 하나이다. 그리고, 상기 브릿지 커패시터(CB)와 제1커패시터부 및 제2커패시터부 각각은 배수관계를 갖는다.At this time, the capacitor array includes an upper capacitor array and a lower capacitor array determined by the bridge capacitor C B and the switch S7. Each of the upper capacitor array and the lower capacitor array includes a first capacitor portion for determining an upper bit and a second capacitor portion for determining a lower bit. Each of the first capacitor portion and the second capacitor portion includes a plurality of capacitors connected in parallel, and the plurality of capacitors have one end connected to a reference voltage or a bottom switch grounded, and the other end connected to a comparator. Wherein the ratio of the first capacitor unit to the second capacitor unit is N: N, N: N-1, N: N-2, , And N: 1. Each of the bridge capacitor C B , the first capacitor unit and the second capacitor unit has a drain relation.
한편, 상기 스위치(S7)은 브릿지 커패시터(CB)에 일단이 접속되어 있으며, 상위비트에서 레퍼런스 또는 접지에 접속되고, 하위비트에서 개방(OPEN)된다.The switch S7 is connected at one end to the bridge capacitor C B and is connected to the reference or ground at the upper bit and is opened at the lower bit.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 분리형 단조 연속 근사 아날로그 디지털 변환기에 따르면, 추가된 브릿지 커패시터의 크기를 자연수로 구현하여 분리형 기법의 문제점을 해결하고, 동시에 기존 단조 연속 근사 아날로그 디지털 변환기의 전체적인 커패시터 개수도 감소시킬 수 있으므로, 에너지 효율을 향상시킴과 아울러 설계 면적을 감소시킬 수 있다.As described above, according to the separating-type forged successive approximation analog-to-digital converter according to the present invention, the size of the added bridge capacitor is implemented as a natural number to solve the problem of the separating technique, and at the same time, the overall number of capacitors It is possible to improve the energy efficiency and reduce the design area.
또한, 커패시터의 크기를 현재 공정으로 정확히 구현할 수 있을 뿐 아니라, 추가적인 보정회로의 필요 없이 정확도를 향상시킬 수 있다.In addition, the size of the capacitor can be accurately implemented in the current process, and the accuracy can be improved without the need for an additional correction circuit.
즉, 본 발명은 분리형과 단조를 조합하여 커패시터 개수 감소, 에너지 효율 향상, 커패시터 크기 구현 가능, 정확도 향상 등의 효과를 기대할 수 있다.That is, the present invention can be expected to reduce the number of capacitors, improve energy efficiency, realize a capacitor size, and improve accuracy by combining a separation type and a forging.
도 1은 기존의 단조 연속 근사 아날로그 디지털 변환기의 회로도이다.
도 2는 기존의 단조 연속 근사 아날로그 디지털 변환기의 동작을 나타낸 파형도이다.
도 3은 기존의 분리형 연속 근사 아날로그 디지털 변환기의 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 분리형 단조 연속 근사 아날로그 디지털 변환기의 회로도이다.
도 5는 본 발명의 상위비트 회로도이다.
도 6은 본 발명의 상위비트 동작 파형도이다.
도 7은 본 발명의 하위비트 동작상태도이다.
도 8은 본 발명의 브릿지 커패시터 하판 전압 변화에 따른 상판 전압 변화 과정을 나타낸 개념도이다.
도 9는 본 발명의 브릿지 커패시터 하판 전압 변화 과정을 나타낸 개념도이다.1 is a circuit diagram of a conventional forged successive approximation analog-to-digital converter.
2 is a waveform diagram illustrating the operation of a conventional monotonic successive approximation analog-to-digital converter.
3 is a circuit diagram of a conventional detachable successive approximation analog-to-digital converter.
4 is a circuit diagram of a discrete forged successive approximation analog-to-digital converter according to an embodiment of the present invention.
5 is a circuit diagram of a higher bit of the present invention.
6 is a waveform diagram of an upper bit operation of the present invention.
7 is a low bit operation state diagram of the present invention.
FIG. 8 is a conceptual diagram illustrating a process of changing a top plate voltage according to a voltage change of a lower plate of the bridge capacitor of the present invention.
FIG. 9 is a conceptual diagram illustrating the process of changing the voltage of the lower plate of the bridge capacitor of the present invention.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예 및 첨부하는 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하되, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭함을 전제하여 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments of the present invention and the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to like elements.
상기한 바와 같이, 기존의 단조 연속 근사 아날로그 디지털 변환기는 비트 증가에 따라 커패시터 개수가 증가하고 설계 면적이 증가하는 문제가 있다. 한편, 분리형 연속 근사 아날로그 디지털 변환기는 브릿지 커패시터의 크기는 현재의 공정기술로 정확한 구현이 불가능하며, 브릿지 커패시터의 공정 오차에 따라 하위비트에서의 오차가 발생하게 되는 문제가 있다.As described above, in the conventional forged successive approximation analog-to-digital converter, the number of capacitors increases with a bit increase, and the design area increases. On the other hand, in the separate-type successive approximation analog-to-digital converter, the size of the bridge capacitor can not be accurately implemented by the current process technology, and there is a problem that an error occurs in the lower bits according to the process error of the bridge capacitor.
이에 본 발명에서는 분리형(Split) 기법과 단조(Monotonic) 기법을 조합하여 브릿지 커패시터의 값을 자연수로 만들고 에너지 효율 또한 향상시키면서 동시에 커패시터 개수를 감소시키고자 한다. 즉, 본 발명에서는 기존의 에너지 효율이 좋은 단조 연속 근사 아날로그 디지털 변환기에 대해 커패시터 개수를 줄일 수 있는 분리형 기법을 조합한다. 추가된 브릿지 커패시터의 크기를 자연수로 구현하여 분리형 기법의 문제점을 해결하고, 동시에 단조 연속 근사 아날로그 디지털 변환기의 전체적인 커패시터 개수도 줄인다. 그 결과 에너지 효율을 향상시키고, 설계 면적을 감소시킬 수 있다. 또한, 커패시터 크기를 현재 공정으로 정확히 구현할 수 있으며, 추가적인 보정회로의 필요 없이 정확도를 향상시킬 수 있다.Accordingly, in the present invention, the bridge capacitor and the monotonic technique are combined to make the value of the bridge capacitor a natural number, thereby improving the energy efficiency and reducing the number of capacitors. That is, the present invention combines a separate type technique for reducing the number of capacitors for a conventional energy-efficient forged successive approximation analog-to-digital converter. By implementing the added size of the bridge capacitor in a natural number, it solves the problem of the separating technique and at the same time reduces the total number of capacitors of the forged consecutive analog-to-digital converter. As a result, the energy efficiency can be improved and the design area can be reduced. In addition, the capacitor size can be accurately implemented in the current process, and the accuracy can be improved without the need for an additional correction circuit.
먼저, 기존 기술에 대해 설명한 후, 본 발명의 분리형 단조 연속 근사 아날로그 디지털 변환기에 대해 설명하기로 한다.First, after explaining the existing technique, the separated single forged successive approximation analog-to-digital converter of the present invention will be described.
도 1은 기존의 단조 연속 근사 아날로그 디지털 변환기의 회로도이다.1 is a circuit diagram of a conventional forged successive approximation analog-to-digital converter.
도 1을 참조하면, 기존의 단조 연속 근사 아날로그 디지털 변환기로서, 10 bit를 예시하고 있다.Referring to FIG. 1, a conventional forged successive approximation analog-to-digital converter is illustrated with 10 bits.
기존의 단조 연속 근사 아날로그 디지털 변환기는 비교기, 커패시터, 샘플링 홀드 스위치(SH)로 구성되어 있다. 커패시터의 일단에 형성된 바닥 스위치(Dp0 ~ Dp8, Dn0 ~ Dn8)는 VREF 또는 GND(접지)에 접속된다. 커패시터는 비교기의 비반전 단자(+)와 반전 단자(-)에 각각 256(2N-2)개의 커패시터가 달려 있으며, 10 bit의 총 512(2N-1)개의 커패시터가 필요하게 된다. 만약 여기에 1 bit를 증가시킬 경우, 즉 11 bit를 만들 경우 총 1024개의 커패시터가 필요하게 된다.Conventional forged successive approximation analog digital converters consist of a comparator, a capacitor, and a sampling hold switch (SH). The bottom switches (D p0 to D p8 , D n0 to D n8 ) formed at one end of the capacitor are connected to V REF or GND (ground). The capacitors have 256 (2 N-2 ) capacitors at the non-inverting terminal (+) and inverting terminal (-) of the comparator, respectively, and a total of 512 (2 N-1 ) capacitors of 10 bits are required. If you increase 1 bit here, that is, make 11 bits, a total of 1024 capacitors will be needed.
도 2는 기존의 단조 연속 근사 아날로그 디지털 변환기의 동작을 나타낸 파형도이다.2 is a waveform diagram illustrating the operation of a conventional monotonic successive approximation analog-to-digital converter.
도 2를 참조하면, 샘플링 홀드(SH) 시간동안 커패시터의 일단에 형성된 바닥 스위치들은(Dp0 ~ Dp8, Dn0 ~ Dn8) 모두 VREF에 접속되고 비교기의 비반전 단자(+)와 반전 단자(-)에 각각 VIN_P과 VIN_N이 충전된다. 비교기의 비반전 단자(+)와 반전 단자(-)에 전압이 충전된 후에 비교기가 두 값을 비교하고 그 결과('1')를 D9에 저장한다. 그 후 비교기의 비반전 단자(+)의 전압이 반전 단자(-)의 전압보다 크기 때문에 Dp8 스위치는 GND에 연결되고 비교기의 비반전 단자(+)의 전압은 VREF/2 만큼의 전압이 감소하게 된다. 그리고 비교기가 두 값을 비교한다. 그 결과 비교기의 비반전 단자(+)의 전압이 반전 단자(-)의 전압보다 크기 때문에 D8은 '1'을 저장한다. 그러면 Dp7 스위치는 GND에 연결되고 비교기의 비반전 단자(+)의 전압은 VREF/22만큼 감소하고 비교기가 두 값을 비교한다. 그 다음에는 비교기의 비반전 단자(+)의 전압이 반전 단자(-)의 전압보다 크기 때문에, D7에 '0'이라는 값이 저장되고, Dn6 스위치가 GND에 연결되고 비교기의 반전 단자(-)의 전압이 VREF/23만큼 감소하게 된다. 같은 방식으로 D0까지 계산한다. 이와 같이, 비교기의 비반전 단자(+) 또는 반전 단자(-)의 전압이 감소하는 한쪽방향으로 움직인다. 이에 이러한 아날로그 디지털 변환기를 단조 연속 근사 아날로그 디지털 변환기라 한다.Referring to FIG. 2, bottom switches (D p0 to D p8 , D n0 to D n8 ) formed at one end of the capacitor during the sampling hold (SH) time are all connected to V REF and inverted The terminals (-) are charged with V IN_P and V IN_N , respectively. After the noninverting terminal (+) and inverting terminal (-) of the comparator are charged, the comparator compares the two values and stores the result ('1') in D9. Since the voltage of the non-inverting terminal (+) of the comparator is larger than the voltage of the inverting terminal (-), the D p8 switch is connected to GND and the voltage of the non-inverting terminal (+) of the comparator is V REF / 2 . And the comparator compares the two values. As a result, D8 stores '1' because the voltage of the non-inverting terminal (+) of the comparator is larger than the voltage of the inverting terminal (-). The D p7 switch is then connected to GND and the voltage at the non-inverting terminal (+) of the comparator is reduced by V REF / 2 2 and the comparator compares the two values. Next, since the voltage of the non-inverting terminal (+) of the comparator is greater than the voltage of the inverting terminal (-), a value of '0' is stored in D 7 , the D n6 switch is connected to GND, -) is reduced by V REF / 2 3 . Calculate up to D0 in the same way. In this way, the voltage of the non-inverting terminal (+) or inverting terminal (-) of the comparator moves in one direction decreasing. This analog-to-digital converter is called a forged successive approximation analog-to-digital converter.
도 3은 기존의 분리형 연속 근사 아날로그 디지털 변환기의 회로도이다.3 is a circuit diagram of a conventional detachable successive approximation analog-to-digital converter.
도 3을 참조하면, 기존의 분리형 연속 근사 아날로그 디지털 변환기로서, 10 bit를 예시하고 있다.Referring to FIG. 3, a conventional discrete successive approximation analog-to-digital converter is illustrated with 10 bits.
기존의 분리형 연속 근사 아날로그 디지털 변환기는 상위비트(MSB) 5 bit와 하위비트(LSB) 5 bit를 하나의 브릿지 커패시터(Bridge capacitance)로 분리시키고, 각각의 분리된 영역에서 하위비트(LSB) 5 bit(D0-D4)와 상위비트(MSB) 5 bit(D5-D9)를 결정한다. 이 때, 가장 중요한 것은 두 영역을 분리시킨 브릿지 커패시터의 크기(용량크기)이다. 도 1에서와 같이 상위 비트 영역에서 바라본 하위 비트 영역의 총 커패시터의 크기는 1C여야 한다. 브릿지 커패시터의 크기를 CB라 할 때,In the conventional separable successive approximation analog-to-digital converter, 5 bits of the MSB and 5 bits of the LSB are separated into a bridge capacitance, and 5 bits (LSB) (D0-D4) and 5 bits (D5-D9) of the upper bits (MSB). At this time, the most important thing is the size (capacity size) of the bridge capacitor that separates the two regions. As shown in FIG. 1, the size of the total capacitors in the lower bit region viewed from the upper bit region should be 1C. When the size of the bridge capacitor is C B ,
의 관계식이 성립하고, 가 된다. 따라서 공정으로 정확히 구현하기가 불가능하며, 브릿지 커패시터의 공정오차에 따라 하위비트에서의 오차가 발생하게 된다.And, . Therefore, it is impossible to accurately implement the process, and an error occurs in the lower bit according to the process error of the bridge capacitor.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 분리형 단조 연속 근사 아날로그 디지털 변환기의 회로도이다.4 is a circuit diagram of a discrete forged successive approximation analog-to-digital converter according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명의 분리형 단조 연속 근사 아날로그 디지털 변환기는, 연속 근사 레지스터(SAR) 제어 로직(Comtrol logic)에 의해 스위칭 제어에 대응하여 입력신호인 제1입력신호(Vip)와 제2입력신호(Vin)를 입력받아 샘플 동작 및 홀드 동작을 수행하는 샘플 홀드부(SH 스위치)(SH)와, 샘플 홀드 시간동안 제1입력신호와 제2입력신호에 대해 각각에 대응되는 출력 전압값인 제1출력신호와 제2출력신호로 생성하며, 브릿지 커패시터(CB)를 이용하여 상위비트 또는 하위비트를 결정하기 위한 커패시터 어레이를 2단 구조로 형성한 커패시터 어레이(CA)와, 상기 샘플 홀드부(SH)와 연동되어 상기 상위비트 또는 상기 하위비트를 결정하는 스위치(S7)와, 제1출력신호와 제2출력신호의 크기를 비교하여 비교결과에 따라 디지털 값을 출력하는 비교기(Comp)와, 디지털 값에 대응하여 최종 디지털 코드값을 결과 신호로 출력하는 SAR 제어 로직을 포함한다.Referring to FIG. 4, the separated forged successive approximation analog-to-digital converter of the present invention includes a first input signal V ip and a second input signal V ip corresponding to the switching control by consecutive approximate register (SAR) control logic, (SH) for receiving a first input signal (V in ) and a second input signal (V in ) and performing a sample operation and a hold operation, A capacitor array CA having a two-stage capacitor array for generating a first output signal and a second output signal having voltage values and determining an upper bit or a lower bit using the bridge capacitor C B ; A switch (S7) for interlocking with the sample hold part (SH) to determine the upper bit or the lower bit, a comparator (S7) for comparing the magnitudes of the first output signal and the second output signal, (Comp), Dig And SAR control logic for outputting the final digital code value as a result signal in response to the hair value.
이 때, 커패시터 어레이(CA)는, 브릿지 커패시터(CB) 및 스위치(S7)에 의해 결정되는 커패시터 어레이(CAp)와 하위 커패시터 어레이(CAn)를 포함한다.At this time, the capacitor array CA includes a capacitor array CAp and a lower capacitor array CAn, which are determined by the bridge capacitor C B and the switch S7.
또한, 커패시터 어레이(CAp) 및 하위 커패시터 어레이(CAn) 각각은, 상위비트를 결정하는 제1커패시터부와, 하위비트를 결정하는 제2 커패시터부를 포함한다. 이 때, 제1커패시터부 및 제2커패시터부 각각은 병렬 연결된 복수의 커패시터를 포함하며, 복수의 커패시터는 레퍼런스 전압 또는 접지되는 바닥 스위치에 일단이 접속되고 타단은 비교기(Comp)에 접속된다.Further, each of the capacitor array CAp and the lower capacitor array CAn includes a first capacitor portion for determining an upper bit and a second capacitor portion for determining a lower bit. In this case, each of the first capacitor portion and the second capacitor portion includes a plurality of capacitors connected in parallel, and the plurality of capacitors have one end connected to a reference voltage or a ground switch to be grounded, and the other end connected to a comparator (Comp).
일례로서, 제1커패시터부(상위비트)는 6개의 커패시터로 구성되며, 제2커패시터부(하위비트)는 4개의 커패시터로 구성될 수 있다. 이 때, 브릿지 커패시터(CB)는 23C이다. 즉, 브릿지 커패시터(CB)의 용량크기는 자연수이다. 한편, 제1커패시터부와 제2커패시터부의 비율은 N:N, N:N-1, N:N-2, … , N:1 중에서 어느 하나가 선택될 수 있다. 이 때, 브릿지 커패시터(CB)와 제1커패시터부 및 제2커패시터부 각각은 배수관계를 유지한다. 이에 브릿지 커패시터(CB)의 용량크기는 자연수 중 어느 하나의 크기로 할 수 있다.As an example, the first capacitor portion (upper bit) may be composed of six capacitors, and the second capacitor portion (lower bit) may be composed of four capacitors. At this time, the bridge capacitor C B is 2 3 C. That is, the capacitance value of the bridge capacitor C B is a natural number. On the other hand, the ratio of the first capacitor unit to the second capacitor unit is N: N, N: N-1, N: N-2, , And N: 1 can be selected. At this time, each of the bridge capacitor C B , the first capacitor portion and the second capacitor portion maintains a drain relation. Accordingly, the capacitance of the bridge capacitor C B can be any one of natural numbers.
한편, 스위치(S7)은 브릿지 커패시터(CB)에 일단이 접속되어 있으며, 상위비트에서 레퍼런스 또는 접지에 접속되고, 하위비트에서 개방(OPEN)된다.On the other hand, the switch S7 is connected at one end to the bridge capacitor C B , connected to the reference or ground at the upper bit, and opened at the lower bit.
이와 같이 구성된 본 발명의 분리형 단조 연속 근사 아날로그 디지털 변환기는, 상위비트 결정하는 부분과 하위비트를 결정하는 부분을 브릿지 커패시터(CB) 및 S7 스위치를 통해서 나눈다. S7 스위치가 닫히면 상위비트를 결정하는 연속 근사 아날로그 디지털 변환기가 되며, S7 스위치가 개방(OPEN)되면 하위비트를 결정하는 연속 근사 아날로그 디지털 변환기가 된다.In the separated forging successive approximation analog-to-digital converter of the present invention configured as described above, the upper bit determining part and the lower bit determining part are divided through the bridge capacitor C B and the S7 switch. When the S7 switch is closed, it becomes a successive approximate analog-to-digital converter that determines the upper bit, and when the S7 switch is opened, it becomes a successive approximate analog-to-digital converter that determines the lower bit.
그러면, 여기서 상기와 같이 구성된 분리형 단조 연속 근사 아날로그 디지털 변환기의 동작에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, the operation of the separable forging successive approximation analog-to-digital converter configured as described above will be described.
도 5는 본 발명의 상위비트 회로도이다.5 is a circuit diagram of a higher bit of the present invention.
도 5를 참조하면, 도 4의 S7 스위치가 VREF 또는 GND에 연결됐을(닫힐 때) 때, 상위비트의 회로도가 된다. 그 결과 도 5처럼 되며, 분리형 단조 연속 근사 아날로그 디지털 변환기의 상위비트를 결정하는 회로도가 된다.Referring to FIG. 5, when the S7 switch of FIG. 4 is connected to V REF or GND (closed), it is a circuit diagram of upper bits. The result is shown in Fig. 5, which is a circuit diagram for determining the upper bits of the separable forged successive approximation analog-to-digital converter.
도 6은 본 발명의 상위비트 동작 파형도이다.6 is a waveform diagram of an upper bit operation of the present invention.
도 6을 참조하면, 처음에 SH 스위치가 닫힐 때, <S4p:S9p>=<000000>과 <S4n:S9n>=<000000>이 되며 모두 VREF에 연결된다. 그리고 커패시터 상판(C_top)에 입력전압(VIN_n, VIN_p)을 샘플링한다. 입력전압이 커패시터에 샘플링되면, SH 스위치만 열린다. 그 후에, 비교기(Comp)의 비반전 단자(+)의 전압과 반전 단자(-)의 전압을 비교한다. 비교기(Comp)의 비반전 단자(+) 전압이 반전 단자(-) 전압보다 크기 때문에, <D9p>=<1>이 되고 GND에 연결되면서, 비교기(Comp)의 비반전 단자(+)의 전압이 VREF/2 만큼 감소한다. <D9n>=<0>으로 그대로 VREF에 연결되서, 비교기(Comp)의 반전 단자(-)의 전압은 그대로 유지된다. 그 다음에도 비교기(Comp)의 비반전 단자(+)의 전압이 반전 단자(-)의 전압보다 크기 때문에, <D8p>=<1>는 GND에 연결되면서, 비교기(Comp)의 비반전 단자(+)의 전압이 VREF/22 만큼 감소한다. <D8n>=<0>으로 그대로 VREF에 연결되서, 비교기(Comp)의 반전 단자(-)의 전압은 그대로 유지된다. 그 다음에는 비교기(Comp)의 반전 단자(-)의 전압이 비반전 단자(+)의 전압보다 크기 때문에, <D7n>=<1>는 GND에 연결되면서, 비교기(Comp)의 반전 단자(-)의 전압이 VREF/23 만큼 감소한다. <D7p>=<0>으로 그대로 VREF에 연결되서, 비교기(Comp)의 비반전 단자(+)의 전압은 그대로 유지된다. 이러한 방식으로, 나머지 비트도 결정된다. 그 결과 <D4p:Dp9>=<110010>, <D4n:Dn9>=<001101>이 된다. 상위 비트 6비트가 결정되면 S7n, S7p 모두 OPEN에 연결된다.Referring to FIG. 6, when the SH switch is initially closed, <S 4p : S 9p > = <000000> and <S 4n : S 9n > = <000000> are all connected to V REF . Then, the input voltages V IN_n and V IN_p are sampled on the capacitor top plate C_top. When the input voltage is sampled on the capacitor, only the SH switch is opened. Thereafter, the voltage of the non-inverting terminal (+) of the comparator (Comp) is compared with the voltage of the inverting terminal (-). Since the voltage of the non-inverting terminal (+) of the comparator (Comp) is larger than the voltage of the inverting terminal (-), <D 9p > = <1> The voltage decreases by V REF / 2. <D 9n> = doeseo as connected to the V REF <0>, inverting terminal of the comparator (Comp) (-) voltage is maintained. Then, since the voltage of the non-inverting terminal (+) of the comparator (Comp) is larger than the voltage of the inverting terminal (-), <D 8p > = <1> is connected to GND, (+) Voltage decreases by V REF / 2 2 . <D 8n> = doeseo as connected to the V REF <0>, inverting terminal of the comparator (Comp) (-) voltage is maintained. Next, since the voltage of the inverting terminal (-) of the comparator (Comp) is larger than the voltage of the non-inverting terminal (+), <D 7n > = <1> is connected to GND, -) decreases by V REF / 2 3 . <7p D> = doeseo as connected to the V REF <0>, the voltage of the comparator (Comp) a non-inverting terminal (+) of is maintained. In this way, the remaining bits are also determined. As a result, <D 4p : D p9 > = <110010> and <D 4n : D n9 > = <001101>. When the upper 6 bits are determined, both S 7n and S 7p are connected to OPEN.
도 7은 본 발명의 하위비트 동작상태도이다.7 is a low bit operation state diagram of the present invention.
도 7을 참조하면, 도 4에서 S7 스위치와 SH 스위치가 모두 열렸을 때, 하위비트의 회로도가 된다. 상위 비트의 스위치 S9,S8,S6,S5,S4는 도 6의 결과로 스위치가 GND에 연결되어 있다. 그의 하위비트를 결정하는 회로도가 된다.Referring to Fig. 7, when both the S7 switch and the SH switch are opened in Fig. 4, a circuit diagram of lower bits is obtained. The switches S 9 , S 8 , S 6 , S 5 , and S 4 of the upper bits are connected to GND as a result of FIG. It is a circuit diagram for determining the lower bits thereof.
도 8은 본 발명의 브릿지 커패시터 하판 전압 변화에 따른 상판 전압 변화 과정을 나타낸 개념도이다.FIG. 8 is a conceptual diagram illustrating a process of changing a top plate voltage according to a voltage change of a lower plate of the bridge capacitor of the present invention.
도 8을 참조하면, 본 발명의 브릿지 커패시터 하판 전압(CLSB) 변화에 따른 상판 전압(CMSB) 변화 설명하고 있다. CMSB의 커패시터의 총 합은 56C이고 CB의 값은 8C이다. 따라서, 전하분배법칙에 의해Referring to FIG. 8, the change of the top plate voltage (C MSB ) according to the change of the bridge plate lower plate voltage (C LSB ) of the present invention is described. The sum of the capacitors in C MSB is 56C and the value of C B is 8C. Thus, by the law of charge distribution
된다. 또한 CLSB에서 바라보는 커패시터의 총 합을 계산하면 가 된다.do. Also, if we calculate the sum of the capacitors looking at C LSB .
도 9는 본 발명의 브릿지 커패시터 하판 전압 변화 과정을 나타낸 개념도이다.FIG. 9 is a conceptual diagram illustrating the process of changing the voltage of the lower plate of the bridge capacitor of the present invention.
도 9를 참조하면, 본 발명의 하위비트 동작 설명으로서, 도 6에서 상위비트를 설명할 때, VREF/26 까지 상위비트 7비트가 결정되었다. 따라서 하위비트에서는 VREF/27부터 VREF/29까지 결정을 하면 하위비트 3비트가 결정된다. 하위비트 D3의 값 '1' → '0'으로 바뀔 때 전압이 △VREF 만큼 변하면서, CLSB의 전압은 만큼 변하게 된다. 그 후 브릿지 커패시터(CB)에 의해서 전압이 만큼 감소하게 된다. 그 결과 CMSB의 전압이 가 만들어지면서 하위비트 D3가 결정된다. 그 후 D2, D1은 커패시터 값이 1/2 만큼 감소하기 때문에, 각각 , 이 만들어 진다. 따라서 하위비트 3비트가 결정된다.Referring to FIG. 9, as a description of the lower bit operation of the present invention, when explaining the upper bits in FIG. 6, upper bits 7 bits are determined up to V REF / 2 6 . Therefore, if the determination is made from V REF / 2 7 to V REF / 2 9 in the lower bit, the lower 3 bits are determined. When the value of the lower bit D 3 is changed from '1' to '0', the voltage changes by ΔV REF , and the voltage of C LSB becomes . Thereafter, a voltage is applied by the bridge capacitor C B . As a result, the voltage of C MSB And the lower bit D 3 is determined. Since D 2 and D 1 then decrease the capacitor value by 1/2, , . Therefore, the lower 3 bits are determined.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.The description of the disclosed embodiments is provided to enable any person skilled in the art to make or use the present invention. Various modifications to these embodiments will be readily apparent to those skilled in the art, and the generic principles defined herein may be applied to other embodiments without departing from the scope of the invention. Thus, the present invention is not intended to be limited to the embodiments shown herein but is to be accorded the widest scope consistent with the principles and novel features presented herein.
SH : 샘플 홀드부(SH 스위치)
CA : 커패시터 어레이
Comp : 비교기SH: Sample hold section (SH switch)
CA: capacitor array
Comp: Comparator
Claims (7)
샘플 홀드 시간동안 제1입력신호와 제2입력신호에 대해 각각에 대응되는 출력 전압값인 제1출력신호와 제2출력신호로 생성하며, 브릿지 커패시터(CB)에 의해 상위비트 또는 하위비트를 결정하기 위한 커패시터 어레이를 2단 구조로 형성한 커패시터 어레이;
상기 샘플 홀드부와 연동되어 상기 상위비트 또는 상기 하위비트를 결정하며, 상기 브릿지 커패시터의 용량크기가 정수배가 되도록 만들어 주는 스위치(S7);
상기 제1출력신호와 제2출력신호의 크기를 비교하여 비교결과에 따라 디지털 값을 출력하는 비교기; 및
디지털 값에 대응하여 최종 디지털 코드값을 결과 신호로 출력하는 연속 근사 레지스터 제어 로직을 포함하며,
상기 커패시터 어레이는, 상기 브릿지 커패시터(CB) 및 스위치(S7)에 의해 결정되는 상위 커패시터 어레이와 하위 커패시터 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 분리형 단조 연속 근사 아날로그 디지털 변환기.
A sample hold unit for receiving a first input signal V ip and a second input signal V in as input signals in response to a switching control by a consecutive approximation register (SAR) control logic and performing a sample operation and a hold operation;
And generates a first output signal and a second output signal which are output voltage values corresponding to the first input signal and the second input signal during the sample hold time, and outputs the upper bit or the lower bit by the bridge capacitor C B A capacitor array in which a capacitor array for determination is formed in a two-stage structure;
A switch (S7) interlocked with the sample hold unit to determine the upper bit or the lower bit, and to make the capacitance value of the bridge capacitor be an integral multiple;
A comparator for comparing the magnitudes of the first output signal and the second output signal and outputting a digital value according to a comparison result; And
And successive approximation register control logic for outputting the final digital code value as a result signal in response to the digital value,
Characterized in that the capacitor array comprises an upper capacitor array and a lower capacitor array determined by the bridge capacitor (C B ) and the switch (S7).
상기 상위 커패시터 어레이 및 하위 커패시터 어레이 각각은, 상위비트를 결정하는 제1커패시터부와, 하위비트를 결정하는 제2 커패시터부를 포함하는 분리형 단조 연속 근사 아날로그 디지털 변환기.
The method according to claim 1,
Wherein each of the upper capacitor array and the lower capacitor array includes a first capacitor portion for determining an upper bit and a second capacitor portion for determining a lower bit.
상기 제1커패시터부 및 제2커패시터부 각각은, 병렬 연결된 복수의 커패시터를 포함하며, 복수의 커패시터는 레퍼런스 전압 또는 접지되는 바닥 스위치에 일단이 접속되고 타단은 비교기에 접속되는 분리형 단조 연속 근사 아날로그 디지털 변환기.
The method of claim 3,
Wherein each of the first capacitor portion and the second capacitor portion includes a plurality of capacitors connected in parallel and the plurality of capacitors are connected to a reference switch or ground switch to which one end is connected and the other end is connected to a comparator, converter.
상기 제1커패시터부와 제2커패시터부의 비율은 N:N, N:N-1, N:N-2, … , N:1 중에서 어느 하나인 분리형 단조 연속 근사 아날로그 디지털 변환기.
5. The method of claim 4,
Wherein the ratio of the first capacitor unit to the second capacitor unit is N: N, N: N-1, N: N-2, , And N: 1, respectively.
상기 브릿지 커패시터(CB)와 제1커패시터부 및 제2커패시터부 각각은 배수관계를 갖는 분리형 단조 연속 근사 아날로그 디지털 변환기.
The method of claim 3,
Wherein the bridge capacitor (C B ), the first capacitor portion and the second capacitor portion each have a drain relationship.
상기 스위치(S7)은 브릿지 커패시터(CB)에 일단이 접속되어 있으며, 상위비트에서 레퍼런스 또는 접지에 접속되고, 하위비트에서 개방(OPEN)되는 분리형 단조 연속 근사 아날로그 디지털 변환기.The method according to claim 1,
The switch S7 is connected at one end to the bridge capacitor C B , connected to the reference or ground at the upper bit, and opened at the lower bit.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102139939B1 (en) * | 2019-07-26 | 2020-07-31 | 충북대학교 산학협력단 | low power switching successive approximation register(SAR) analog-digital converter(ADC) and analog-digital converting method using the same |
CN113114258A (en) * | 2021-05-06 | 2021-07-13 | 浙江大学 | Successive approximation type analog-to-digital converter using unit bridge capacitor and quantization method thereof |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101512098B1 (en) * | 2013-07-16 | 2015-04-14 | 서강대학교산학협력단 | SAR ADC using C-R hybrid DAC |
KR101660416B1 (en) | 2015-01-06 | 2016-09-28 | 울산과학기술원 | Sar-adc apparatus using cds and sampling method thereof |
KR101810490B1 (en) | 2016-09-22 | 2017-12-20 | 충북대학교 산학협력단 | Split successive approximation register analog to digital converter with unit bridge capacitance and operation method thereof |
-
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- 2017-03-08 KR KR1020170029311A patent/KR101834975B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101512098B1 (en) * | 2013-07-16 | 2015-04-14 | 서강대학교산학협력단 | SAR ADC using C-R hybrid DAC |
KR101660416B1 (en) | 2015-01-06 | 2016-09-28 | 울산과학기술원 | Sar-adc apparatus using cds and sampling method thereof |
KR101810490B1 (en) | 2016-09-22 | 2017-12-20 | 충북대학교 산학협력단 | Split successive approximation register analog to digital converter with unit bridge capacitance and operation method thereof |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102139939B1 (en) * | 2019-07-26 | 2020-07-31 | 충북대학교 산학협력단 | low power switching successive approximation register(SAR) analog-digital converter(ADC) and analog-digital converting method using the same |
CN113114258A (en) * | 2021-05-06 | 2021-07-13 | 浙江大学 | Successive approximation type analog-to-digital converter using unit bridge capacitor and quantization method thereof |
CN113114258B (en) * | 2021-05-06 | 2022-06-14 | 浙江大学 | Successive approximation type analog-to-digital converter using unit bridge capacitance and quantization method thereof |
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