KR102377788B1 - Analog-to-digital conversion apparatus and method for performing conversion in voltage domain and time domain - Google Patents
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Abstract
복수개의 아날로그 입력 신호로부터 추출되는 복수개의 샘플링 신호를 기준 전압과 각각 비교하여 복수개의 비교 전압을 생성하고, 복수개의 비교 전압이 디지털 출력 신호의 최상위 비트로부터 설정 비트까지 비교되어 제 1 출력 신호가 생성되도록 제어하고, 복수개의 비교 전압에 의해 보정된 복수개의 클럭 신호가 설정 비트의 다음 비트로부터 최하위 비트까지 비교되어 제 2 출력 신호가 생성되도록 제어하는, 아날로그-디지털 변환 장치를 제공한다.A plurality of comparison voltages are generated by comparing a plurality of sampling signals extracted from a plurality of analog input signals with a reference voltage, and the plurality of comparison voltages are compared from the highest bit to the setting bit of the digital output signal to generate a first output signal. An analog-to-digital conversion device is provided that controls the clock signals corrected by a plurality of comparison voltages to be compared from the next bit to the least significant bit of the set bit to generate a second output signal.
Description
본 발명은 전압 영역과 시간 영역에서의 변환을 수행하는 아날로그-디지털 변환 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an analog-to-digital conversion device and method for performing conversion in the voltage domain and time domain, and more specifically, to an analog-to-digital conversion device and method for converting an analog signal into a digital signal.
종래의 차동 연속 근사 레지스터(SAR: Successive Approximation Register) 아날로그-디지털 변환기(ADC: Analog-to-Digital Converter)는 8 비트 내지 10 비트 수준의 해상력을 나타내며, Flash ADC, Sigma-delta ADC와 비교하여 보통 수준의 샘플링 주파수(Sampling Frequency)와 전력 소모가 나타난다.A conventional differential Successive Approximation Register (SAR) analog-to-digital converter (ADC) has a resolution of 8 to 10 bits, and is usually lower than that of Flash ADC and Sigma-delta ADC. The level of sampling frequency and power consumption is shown.
이에 따라, 아날로그-디지털 변환기의 전력 소모를 감소시키기 위해 낮은 인가 전압을 이용하는 경우, 아날로그-디지털 변환기의 1 LSB(Least Significant bit)의 전압도 감소하게 된다. 이에 반해, 아날로그-디지털 변환기 회로 내부의 잡음은 인가 전압에 따라 증가하거나, 감소하지 않으므로, 비교기(Comparator)의 분해능을 악화시키는 단점이 존재한다.Accordingly, when a low applied voltage is used to reduce the power consumption of the analog-to-digital converter, the voltage of 1 least significant bit (LSB) of the analog-to-digital converter is also reduced. On the other hand, since the noise inside the analog-to-digital converter circuit does not increase or decrease depending on the applied voltage, there is a disadvantage in deteriorating the resolution of the comparator.
따라서, 낮은 인가 전압에서 아날로그-디지털 변환기의 분해능을 개선할 수 있는 방안이 요구되는 실정이다.Therefore, there is a need for a method to improve the resolution of the analog-to-digital converter at low applied voltage.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 아날로그 신호가 변환되어 출력되는 디지털 신호의 일부 비트를 전압 영역에서 변환하고, 다른 일부 비트를 시간 영역에서 변환하는 아날로그-디지털 변환 장치 및 방법을 제공하는 것이다.The technical problem to be solved by the present invention is to provide an analog-to-digital conversion device and method that converts some bits of a digital signal output by converting an analog signal into the voltage domain and converts some other bits into the time domain.
본 발명의 일측면은, 복수개의 아날로그 입력 신호로부터 각각의 샘플링 신호를 추출하고, 복수개의 샘플링 신호를 사전에 설정되는 기준 전압과 각각 비교하여 복수개의 비교 전압을 생성하는 전처리부; 상기 복수개의 비교 전압의 크기를 서로 비교하는 전압 비교부; 상기 복수개의 비교 전압의 크기에 따라 복수개의 지연 시간을 설정하고, 사전에 설정되는 클럭 신호를 상기 복수개의 지연 시간에 따라 각각 보정하여 비교하는 시간 비교부; 및 상기 복수개의 비교 전압이 디지털 출력 신호의 최상위 비트로부터 사전에 설정되는 자리의 비트를 나타내는 설정 비트까지 비교되어 제 1 출력 신호가 생성되도록 상기 전압 비교부를 제어하고, 보정된 복수개의 클럭 신호가 상기 설정 비트의 다음 비트로부터 최하위 비트까지 비교되어 제 2 출력 신호가 생성되도록 상기 시간 비교부를 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.One aspect of the present invention includes a preprocessor that extracts each sampling signal from a plurality of analog input signals and compares each of the plurality of sampling signals with a preset reference voltage to generate a plurality of comparison voltages; a voltage comparator that compares the magnitudes of the plurality of comparison voltages; a time comparison unit that sets a plurality of delay times according to the magnitude of the plurality of comparison voltages, and corrects and compares preset clock signals according to the plurality of delay times; and controlling the voltage comparator so that a first output signal is generated by comparing the plurality of comparison voltages from the most significant bit of the digital output signal to the setting bit representing the bit of the preset digit, and the plurality of corrected clock signals are It may include a control unit that controls the time comparison unit to generate a second output signal by comparing the bit from the next bit of the set bit to the lowest bit.
또한, 상기 시간 비교부는, 상기 복수개의 샘플링 신호와 상기 기준 전압을 비교하여 생성된 제 1 비교 전압과 제 2 비교 전압의 크기에 따라 상기 클럭 신호의 지연 시간을 설정하는 전압 제어 지연기; 및 상기 복수개의 지연 시간에 의해 각각 보정된 복수개의 클럭 신호를 비교하는 위상 검출기;를 포함할 수 있다.In addition, the time comparator includes a voltage control delayer that sets a delay time of the clock signal according to the magnitude of a first comparison voltage and a second comparison voltage generated by comparing the plurality of sampling signals with the reference voltage; and a phase detector that compares a plurality of clock signals each corrected by the plurality of delay times.
또한, 상기 위상 검출기는, 상기 제 1 비교 전압이 제 1 입력으로 입력되고, 상기 제 2 비교 전압이 제 2 입력으로 입력되도록 마련되는 제 1 전압 제어 지연기와 상기 제 1 비교 전압이 제 2 입력으로 입력되고, 상기 제 2 비교 전압이 제 1 입력으로 입력되도록 마련되는 제 2 전압 제어 지연기로부터 각각 출력되는 서로 다른 클럭 신호의 파형을 비교하여, 비교 결과에 따라 상기 제 2 출력 신호를 생성할 수 있다.In addition, the phase detector includes a first voltage control delay provided such that the first comparison voltage is input as a first input and the second comparison voltage is input as a second input, and the first comparison voltage is input as a second input. The second output signal can be generated according to the comparison result by comparing the waveforms of different clock signals output from a second voltage control delay device that is input and the second comparison voltage is input to the first input. there is.
또한, 상기 제어부는, 사전에 설정되는 제 1 시간 간격에 따라 상기 전압 비교부가 상기 복수개의 비교 전압에 대한 비교를 수행하도록 제어하고, 상기 제 1 시간 간격에 대해 사전에 설정되는 배율만큼 상기 제 1 시간 간격보다 빠르도록 설정되는 제 2 시간 간격에 따라 상기 시간 비교부가 상기 복수개의 지연 시간에 의해 각각 보정된 복수개의 클럭 신호에 대한 비교를 수행하도록 제어할 수 있다.In addition, the control unit controls the voltage comparator to perform comparison of the plurality of comparison voltages according to a first preset time interval, and compares the first voltage by a preset multiplier for the first time interval. The time comparison unit may be controlled to compare a plurality of clock signals each corrected by the plurality of delay times according to a second time interval that is set to be faster than the time interval.
또한, 상기 전처리부는, 임의의 시점에서 나타나는 상기 복수개의 아날로그 입력 신호의 값을 사전에 설정되는 변환 시간에 따른 시간 간격 동안 고정시켜 상기 샘플링 신호를 생성하는 샘플링 스위치; 및 서로 다른 용량을 나타내는 복수개의 용량 소자가 마련되어, 상기 샘플링 신호와 상기 기준 전압에 따라 상기 복수개의 용량 소자를 충전하고, 사전에 설정되는 시간 간격에 따라 각각의 용량 소자를 이용하여 비교 전압을 생성하는 내부 컨버터;를 포함할 수 있다.In addition, the pre-processing unit includes a sampling switch that generates the sampling signal by fixing the values of the plurality of analog input signals appearing at an arbitrary point in time for a time interval according to a preset conversion time; and a plurality of capacitance elements representing different capacitances are provided, charging the plurality of capacitance elements according to the sampling signal and the reference voltage, and generating a comparison voltage using each capacitance element according to a preset time interval. It may include an internal converter;
본 발명의 다른 일측면은, 전압 영역과 시간 영역에서의 변환을 수행하는 아날로그-디지털 변환 장치의 아날로그-디지털 변환 방법에 있어서, 전처리부가 복수개의 아날로그 입력 신호로부터 각각의 샘플링 신호를 추출하고, 복수개의 샘플링 신호를 사전에 설정되는 기준 전압과 각각 비교하여 복수개의 비교 전압을 생성하는 단계; 제어부가 상기 복수개의 비교 전압이 디지털 출력 신호의 최상위 비트로부터 사전에 설정되는 자리의 비트를 나타내는 설정 비트까지 비교되어 제 1 출력 신호가 생성되도록 상기 전압 비교부를 제어하는 단계; 상기 제어부가 상기 복수개의 비교 전압의 크기에 따라 복수개의 지연 시간이 설정되어 사전에 설정되는 클럭 신호가 각각 보정되도록 시간 비교부를 제어하는 단계; 및 상기 제어부가 보정된 복수개의 클럭 신호에 대해 상기 설정 비트의 다음 비트로부터 최하위 비트까지 비교되어 제 2 출력 신호가 생성되도록 상기 시간 비교부를 제어하는 단계;를 포함할 수 있다.Another aspect of the present invention is an analog-to-digital conversion method of an analog-to-digital conversion device that performs conversion in the voltage domain and the time domain, wherein the preprocessor extracts each sampling signal from a plurality of analog input signals, and Generating a plurality of comparison voltages by comparing each sampling signal with a preset reference voltage; Controlling the voltage comparison unit so that a first output signal is generated by comparing the plurality of comparison voltages from the most significant bit of the digital output signal to the setting bit representing the bit of the preset digit; Controlling the time comparison unit so that the control unit sets a plurality of delay times according to the magnitude of the plurality of comparison voltages and corrects each preset clock signal; and controlling the time comparison unit so that the control unit compares the plurality of corrected clock signals from the next bit to the least significant bit of the setting bit to generate a second output signal.
또한, 상기 클럭 신호가 보정되도록 제어하는 단계는, 전압 제어 지연기가 상기 복수개의 샘플링 신호와 상기 기준 전압을 비교하여 생성된 제 1 비교 전압과 제 2 비교 전압의 크기에 따라 상기 클럭 신호의 지연 시간을 설정하는 단계; 및 위상 검출기가 상기 복수개의 지연 시간에 의해 각각 보정된 복수개의 클럭 신호를 비교하는 단계;를 포함할 수 있다.In addition, the step of controlling the clock signal to be corrected includes the voltage control delay delay time of the clock signal according to the magnitude of the first comparison voltage and the second comparison voltage generated by comparing the plurality of sampling signals with the reference voltage. Setting up; and comparing, by a phase detector, a plurality of clock signals each corrected by the plurality of delay times.
또한, 상기 보정된 복수개의 클럭 신호를 비교하는 단계는, 상기 제 1 비교 전압이 제 1 입력으로 입력되고, 상기 제 2 비교 전압이 제 2 입력으로 입력되도록 마련되는 제 1 전압 제어 지연기와 상기 제 1 비교 전압이 제 2 입력으로 입력되고, 상기 제 2 비교 전압이 제 1 입력으로 입력되도록 마련되는 제 2 전압 제어 지연기로부터 각각 출력되는 서로 다른 클럭 신호의 파형을 비교하여, 비교 결과에 따라 상기 제 2 출력 신호를 생성할 수 있다.In addition, the step of comparing the plurality of corrected clock signals includes: a first voltage control delay provided to input the first comparison voltage as a first input and input the second comparison voltage as a second input; 1 A comparison voltage is input to the second input, and the waveforms of different clock signals output from the second voltage control delay are provided to input the second comparison voltage to the first input, and according to the comparison result, the A second output signal can be generated.
또한, 상기 제어부는, 사전에 설정되는 제 1 시간 간격에 따라 상기 전압 비교부가 상기 복수개의 비교 전압에 대한 비교를 수행하도록 제어하고, 상기 제 1 시간 간격에 대해 사전에 설정되는 배율만큼 상기 제 1 시간 간격보다 빠르도록 설정되는 제 2 시간 간격에 따라 상기 시간 비교부가 상기 복수개의 지연 시간에 의해 각각 보정된 복수개의 클럭 신호에 대한 비교를 수행하도록 제어할 수 있다.In addition, the control unit controls the voltage comparator to perform comparison of the plurality of comparison voltages according to a first preset time interval, and compares the first voltage by a preset multiplier for the first time interval. The time comparison unit may be controlled to compare a plurality of clock signals each corrected by the plurality of delay times according to a second time interval that is set to be faster than the time interval.
또한, 상기 샘플링 신호를 추출하고, 비교 전압을 생성하는 단계는, 샘플링 스위치가 임의의 시점에서 나타나는 상기 복수개의 아날로그 입력 신호의 값을 사전에 설정되는 변환 시간에 따른 시간 간격 동안 고정시켜 상기 샘플링 신호를 생성하는 단계; 및 내부 컨버터가 서로 다른 용량을 나타내는 복수개의 용량 소자가 마련되어, 상기 샘플링 신호와 상기 기준 전압에 따라 상기 복수개의 용량 소자를 충전하고, 사전에 설정되는 시간 간격에 따라 각각의 용량 소자를 이용하여 비교 전압을 생성하는 단계;를 포함할 수 있다.In addition, in the step of extracting the sampling signal and generating a comparison voltage, the sampling switch fixes the values of the plurality of analog input signals appearing at a random point in time for a time interval according to a preset conversion time to produce the sampling signal. generating a; and a plurality of capacitance elements in which internal converters exhibit different capacities are provided, charging the plurality of capacitance elements according to the sampling signal and the reference voltage, and comparing the capacitance elements using each capacitance element according to a preset time interval. It may include generating a voltage.
상술한 본 발명의 일측면에 따르면, 전압 영역과 시간 영역에서의 변환을 수행하는 아날로그-디지털 변환 장치 및 방법을 제공함으로써, 아날로그 신호가 변환되어 출력되는 디지털 신호의 일부 비트를 전압 영역에서 변환하고, 다른 일부 비트를 시간 영역에서 변환할 수 있다.According to one aspect of the present invention described above, by providing an analog-to-digital conversion device and method for performing conversion in the voltage domain and the time domain, some bits of the digital signal output by converting the analog signal are converted in the voltage domain and , some other bits can be converted in the time domain.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그-디지털 변환 장치의 개략도이다.
도2는 도1의 전처리부의 일 실시예를 나타낸 개략도이다.
도3은 도1의 전압 비교부의 일 실시예를 나타낸 개략도이다.
도4는 도1의 시간 비교부의 일 실시예를 나타낸 개략도이다.
도5는 도4의 전압 제어 지연기의 일 실시예를 나타낸 개략도이다.
도6은 도4의 위상 검출기의 일 실시예를 나타낸 개략도이다.
도7은 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그-디지털 변환 방법의 순서도이다.1 is a schematic diagram of an analog-to-digital conversion device according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a schematic diagram showing one embodiment of the preprocessing unit of Figure 1.
Figure 3 is a schematic diagram showing one embodiment of the voltage comparison unit of Figure 1.
Figure 4 is a schematic diagram showing one embodiment of the time comparison unit of Figure 1.
Figure 5 is a schematic diagram showing one embodiment of the voltage controlled delay of Figure 4.
Figure 6 is a schematic diagram showing one embodiment of the phase detector of Figure 4.
Figure 7 is a flowchart of an analog-to-digital conversion method according to an embodiment of the present invention.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.The detailed description of the present invention described below refers to the accompanying drawings, which show by way of example specific embodiments in which the present invention may be practiced. These embodiments are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the invention. It should be understood that the various embodiments of the present invention are different from one another but are not necessarily mutually exclusive. For example, specific shapes, structures and characteristics described herein may be implemented in one embodiment without departing from the spirit and scope of the invention. Additionally, it should be understood that the location or arrangement of individual components within each disclosed embodiment may be changed without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, the detailed description that follows is not intended to be taken in a limiting sense, and the scope of the invention is limited only by the appended claims, together with all equivalents to what those claims assert, if properly described. Similar reference numbers in the drawings refer to identical or similar functions across various aspects.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그-디지털 변환 장치의 개략도이다.1 is a schematic diagram of an analog-to-digital conversion device according to an embodiment of the present invention.
아날로그-디지털 변환 장치(1)는 전처리부(100), 전압 비교부(200), 시간 비교부(300) 및 제어부(400)를 포함할 수 있다.The analog-to-
또한, 아날로그-디지털 변환 장치(1)는 도 1에 도시된 구성요소보다 많은 구성요소에 의해 구현될 수 있고, 그보다 적은 구성요소에 의해 구현될 수 있다. 또는, 아날로그-디지털 변환 장치(1)는 아날로그-디지털 변환 장치(1)에 마련되는 적어도 두 개의 구성요소가 하나의 구성요소로 통합되어 하나의 구성요소가 복합적인 기능을 수행할 수도 있다. 이하, 상술한 구성요소들에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.Additionally, the analog-to-
전처리부(100)는 복수개의 아날로그 입력 신호로부터 각각의 샘플링 신호를 추출할 수 있고, 전처리부(100)는 복수개의 샘플링 신호를 사전에 설정되는 기준 전압과 각각 비교하여 복수개의 비교 전압을 생성할 수 있다.The
이를 위해, 전처리부(100)는 샘플링 스위치(110) 및 내부 컨버터(120)를 포함할 수 있다.For this purpose, the
샘플링 스위치(110)는 임의의 시점에서 나타나는 복수개의 아날로그 입력 신호의 값을 사전에 설정되는 변환 시간에 따른 시간 간격 동안 고정시켜 샘플링 신호를 생성할 수 있다.The
여기에서, 변환 시간은 임의의 시점에서 전처리부(100)에 입력되는 아날로그 입력 신호에 따른 디지털 출력 신호가 생성되는 시간 간격으로 설정될 수 있다.Here, the conversion time may be set as a time interval during which a digital output signal is generated according to the analog input signal input to the
일 실시예에서, 복수개의 아날로그 입력 신호는 V_IN_P와 V_IN_N으로 설정될 수 있다.In one embodiment, a plurality of analog input signals can be set to V_IN_P and V_IN_N.
이러한 경우에, 샘플링 스위치(110)는 임의의 시점에서 V_IN_P에 따라 입력되는 전압을 변환 시간에 따른 시간 간격 동안 고정시킬 수 있고, 샘플링 스위치(110)는 임의의 시점에서 V_IN_N에 따라 입력되는 전압을 변환 시간에 따른 시간 간격 동안 고정시킬 수 있다.In this case, the
이와 같은, 샘플링 스위치(110)는 입력되는 신호의 레벨을 임의의 시간 간격 동안 고정시키도록 마련되는 Sample and Hold 스위치(S/H Switch)가 이용될 수 있다.As such, the
내부 컨버터(120)는 서로 다른 용량을 나타내는 복수개의 용량 소자가 마련될 수 있으며, 이에 따라, 내부 컨버터(120)는 샘플링 신호와 기준 전압에 따라 복수개의 용량 소자를 충전할 수 있고, 내부 컨버터(120)는 사전에 설정되는 시간 간격에 따라 각각의 용량 소자를 이용하여 비교 전압을 생성할 수 있다.The internal converter 120 may be provided with a plurality of capacitive elements representing different capacities. Accordingly, the internal converter 120 can charge a plurality of capacitive elements according to the sampling signal and the reference voltage, and the internal converter ( 120) can generate a comparison voltage using each capacitive element according to a preset time interval.
일 실시예에서, 내부 컨버터(120)는 256C, 128C, 64C, 32C, 16C, 8C, 4C, 2C, C 및 C의 용량 소자가 복수개의 아날로그 입력 신호에 대해 각각 마련될 수 있다. 이때, 각 용량 소자의 상판 전극은 아날로그 입력 신호에 연결될 수 있고, 각 용량 소자의 하판 전극은 VDD, V_cm 및 GND 중 어느 하나의 전극에 연결될 수 있다.In one embodiment, the internal converter 120 may be provided with capacitive elements of 256C, 128C, 64C, 32C, 16C, 8C, 4C, 2C, C, and C, respectively, for a plurality of analog input signals. At this time, the upper electrode of each capacitive element may be connected to an analog input signal, and the lower electrode of each capacitive element may be connected to any one of VDD, V_cm, and GND.
여기에서, V_cm은 복수개의 용량 소자를 충전하도록 마련되는 전극일 수 있으며, 이에 따라, V_cm은 복수개의 용량 소자를 충전하도록 설정되는 기준 전압의 전위로 나타나도록 마련될 수 있다.Here, V_cm may be an electrode provided to charge a plurality of capacitive elements. Accordingly, V_cm may be provided to appear as the potential of a reference voltage set to charge a plurality of capacitive elements.
또한, VDD 및 GND는 전압 비교부(200)에서 수행되는 비교 전압의 크기 비교에 따라 High 신호 또는 Low 신호 중 하나의 신호가 출력되도록 마련되는 전극일 수 있으며, 이에 따라, VDD 및 GND는 High 신호 또는 Low 신호에 대해 설정되는 전위로 나타나도록 마련될 수 있다.In addition, VDD and GND may be electrodes that output either a high signal or a low signal according to the size comparison of the comparison voltage performed by the
이때, VDD 및 GND는 서로 다른 신호를 나타내도록 설정될 수 있다. 예를 들어, VDD는 High 신호를 나타내는 5V가 설정될 수 있고, GND는 Low 신호를 나타내는 0V가 설정될 수 있다.At this time, VDD and GND may be set to represent different signals. For example, VDD may be set to 5V, indicating a high signal, and GND may be set to 0V, indicating a low signal.
이러한 경우에, 내부 컨버터(120)는 사전에 설정되는 클럭 신호에 기초하여, 샘플링 신호에 의해 복수개의 용량 소자가 충전되도록 V_cm에 연결될 수 있으며, 이때, 복수개의 용량 소자의 크기에 따라 충전 가능한 최대 전압은 샘플링 신호와 기준 전압의 차이로 설정될 수 있다.In this case, the internal converter 120 may be connected to V_cm so that a plurality of capacitive elements are charged by a sampling signal based on a preset clock signal, and at this time, the maximum chargeable value is determined according to the size of the plurality of capacitive elements. The voltage can be set as the difference between the sampling signal and the reference voltage.
여기에서, 클럭 신호는 사전에 설정되는 시간 간격에 따라 High 신호와 Low 신호가 반복되도록 설정되는 신호를 의미할 수 있으며, 이때, 내부 컨버터(120)는 클럭 신호가 Low 신호인 경우에, 복수개의 용량 소자가 충전되도록 설정될 수 있다.Here, the clock signal may refer to a signal that is set to repeat a high signal and a low signal according to a preset time interval. At this time, the internal converter 120 may generate a plurality of signals when the clock signal is a low signal. The capacitive element may be set to charge.
이에 따라, 내부 컨버터(120)는 클럭 신호에 기초하여, 용량이 가장 큰 제 1 용량 소자의 하판 전극이 VDD에 연결되도록 설정될 수 있고, 내부 컨버터(120)는 용량이 두번째로 큰 제 2 용량 소자부터 용량이 가장 작은 제 9 용량 소자까지 복수개 용량 소자의 하판 전극이 GND에 연결되도록 설정될 수 있다. 이러한 경우에, 복수개의 용량 소자의 상판 전극에 비교 전압이 생성될 수 있다.Accordingly, the internal converter 120 may be set to connect the lower electrode of the first capacitor with the largest capacity to VDD based on the clock signal, and the internal converter 120 may be configured to connect the lower electrode of the first capacitor with the largest capacity to VDD. The lower electrodes of a plurality of capacitance elements, from the first capacitance element to the ninth capacitance element with the smallest capacity, can be set to be connected to GND. In this case, a comparison voltage may be generated on the upper electrodes of the plurality of capacitive elements.
이때, 전압 비교부(200)는 복수개의 아날로그 입력 신호(V_IN_P 및 V_IN_N)에 따라 각각 생성된 복수개의 비교 전압(V_DAC_N 및 V_DAC_P)을 비교할 수 있으며, 내부 컨버터(120)는 복수개의 비교 전압의 비교 결과에 따라 제 1 용량 소자의 하판 전극에 High 신호 또는 Low 신호가 연결될 수 있다.At this time, the
여기에서, 내부 컨버터(120)는 클럭 신호가 High 신호인 경우에, 복수개의 비교 전압에 따라 용량 소자의 하판 전극에 연결되는 신호가 High 신호 또는 Low 신호로 결정되도록 설정될 수 있다.Here, when the clock signal is a high signal, the internal converter 120 may be set to determine the signal connected to the lower electrode of the capacitive element as a high signal or a low signal according to a plurality of comparison voltages.
이어서, 내부 컨버터(120)는 클럭 신호에 기초하여, 제 1 용량 소자의 하판 전극에 연결된 High 신호 또는 Low 신호가 연결된 상태를 유지할 수 있고, 내부 컨버터(120)는 제 2 용량 소자의 하판 전극이 VDD에 연결되도록 설정될 수 있고, 내부 컨버터(120)는 제 3 용량 소자부터 제 9 용량 소자까지 복수개의 용량 소자의 하판 전극이 GND에 연결되도록 설정될 수 있다. 이러한 경우에, 복수개의 용량 소자의 상판 전극에 이전에 생성된 비교 전압과는 다른 비교 전압이 생성될 수 있다.Subsequently, based on the clock signal, the internal converter 120 may maintain the high signal or low signal connected to the lower electrode of the first capacitive element, and the internal converter 120 may maintain the state in which the lower electrode of the second capacitive element is connected. It can be set to be connected to VDD, and the internal converter 120 can be set to connect the lower electrodes of a plurality of capacitive elements from the third to the ninth capacitor to GND. In this case, a comparison voltage different from a previously generated comparison voltage may be generated at the top electrode of the plurality of capacitive elements.
이때, 전압 비교부(200)는 복수개의 아날로그 입력 신호에 따라 각각 생성된 복수개의 비교 전압을 비교할 수 있으며, 내부 컨버터(120)는 복수개의 비교 전압의 비교 결과에 따라 제 2 용량 소자의 하판 전극에 High 신호 또는 Low 신호가 연결될 수 있다.At this time, the
내부 컨버터(120)는 이와 같은 과정이 제어부(400)에 의해 반복될 수 있으며, 이에 따라, 내부 컨버터(120)의 클럭 신호에 기초하여 제 1 용량 소자부터 순차적으로 용량 소자의 하판 전극에 연결되는 신호가 결정될 수 있다.In the internal converter 120, this process may be repeated by the
이와 같은, 내부 컨버터(120)는 용량 소자를 이용하여 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하도록 마련되는 CDAC(Capacitance Digital-to-Analog Converter)가 이용될 수 있다.As such, the internal converter 120 may use a Capacitance Digital-to-Analog Converter (CDAC), which is provided to convert a digital signal into an analog signal using a capacitive element.
전압 비교부(200)는 복수개의 비교 전압의 크기를 서로 비교할 수 있다.The
일 실시예에서, 전압 비교부(200)는 클럭 신호에 기초하여, 복수개의 비교 전압(V_DAC_P 및 V_DAC_N)을 입력 받을 수 있다.In one embodiment, the
이에 따라, 전압 비교부(200)는 복수개의 비교 전압(V_DAC_P 및 V_DAC_N) 중 V_DAC_P의 크기가 V_DAC_N의 크기보다 큰 경우에, 제 1 출력 신호를 High 신호로 출력할 수 있다.Accordingly, the
또한, 전압 비교부(200)는 복수개의 비교 전압(V_DAC_P 및 V_DAC_N) 중 V_DAC_P의 크기가 V_DAC_N의 크기보다 작은 경우에, 제 1 출력 신호를 Low 신호로 출력할 수 있다.Additionally, the
이와 같은, 전압 비교부(200)는 서로 다른 신호를 입력 받아 비교하도록 마련되는 Double-Tail Dynamic comparator가 이용될 수 있다.As such, the
시간 비교부(300)는 복수개의 비교 전압의 크기에 따라 복수개의 지연 시간을 설정할 수 있고, 시간 비교부(300)는 사전에 설정되는 클럭 신호를 복수개의 지연 시간에 따라 각각 보정하여 비교할 수 있다.The
이를 위해, 시간 비교부(300)는 전압 제어 지연기(310) 및 위상 검출기(330)를 포함할 수 있다.To this end, the
전압 제어 지연기(310)는 복수개의 샘플링 신호와 기준 전압을 비교하여 생성된 제 1 비교 전압과 제 2 비교 전압의 크기에 따라 클럭 신호의 지연 시간을 설정할 수 있다.The
이때, 전압 제어 지연기(310)는 임의의 문턱 전압이 설정되는 인버터(Inverter)가 마련될 수 있으며, 이에 따라, 전압 제어 지연기(310)는 인버터에 입력되는 전압이 문턱 전압을 초과하는 경우에, Low 신호가 출력되도록 마련될 수 있다.At this time, the
일 실시예에서, 전압 제어 지연기(310)는 제 1 비교 전압(V_DAC_P)이 제 1 입력(V_IN1)으로 입력되고, 제 2 비교 전압(V_DAC_N)이 제 2 입력(V_IN2)으로 입력되도록 마련되는 제 1 전압 제어 지연기와 제 1 비교 전압(V_DAC_P)이 제 2 입력(V_IN2)으로 입력되고, 제 2 비교 전압(V_DAC_N)이 제 1 입력(V_IN1)으로 입력되도록 마련되는 제 2 전압 제어 지연기로 마련될 수 있다.In one embodiment, the
이러한 경우에, 제 1 전압 제어 지연기로부터 출력되는 신호는 위상 검출기(330)의 제 1 입력(IN1)으로 입력될 수 있고, 제 2 전압 제어 지연기로부터 출력되는 신호는 위상 검출기(330)의 제 2 입력(IN2)으로 입력될 수 있다.In this case, the signal output from the first voltage controlled delay may be input to the first input (IN1) of the
이와 같은, 전압 제어 지연기(310)는 입력되는 전압의 크기에 따라 지연 시간이 달라지도록 제어되는 VCDL(Voltage-Controlled Delay Line)이 이용될 수 있다.As such, the voltage-controlled
위상 검출기(330)는 복수개의 지연 시간에 의해 각각 보정된 복수개의 클럭 신호를 비교할 수 있다. 이때, 위상 검출기(330)는 복수개의 클럭 신호의 비교 결과에 따라 High 신호 또는 Low 신호로 나타나는 출력 신호를 생성할 수 있다.The
일 실시예에서, 위상 검출기(330)는 제 1 비교 전압(V_DAC_P)이 제 1 입력(V_IN1)으로 입력되고, 제 2 비교 전압(V_DAC_N)이 제 2 입력(V_IN2)으로 입력되도록 마련되는 제 1 전압 제어 지연기와 제 1 비교 전압(V_DAC_P)이 제 2 입력(V_IN2)으로 입력되고, 제 2 비교 전압(V_DAC_N)이 제 1 입력(V_IN1)으로 입력되도록 마련되는 제 2 전압 제어 지연기로부터 각각 출력되는 서로 다른 클럭 신호의 파형을 비교할 수 있으며, 위상 검출기(330)는 비교 결과에 따라 제 2 출력 신호를 생성할 수 있다.In one embodiment, the
이때, 위상 검출기(330)는 제 1 전압 제어 지연기로부터 출력되는 신호를 제 1 입력(IN1)으로 입력 받을 수 있고, 위상 검출기(330)는 제 2 전압 제어 지연기로부터 출력되는 신호를 제 2 입력(IN2)으로 입력 받을 수 있다.At this time, the
이러한 경우에, 위상 검출기(330)는 제 1 입력(IN1)으로 입력되는 신호가 제 2 입력(IN2)으로 입력되는 신호보다 빠른 경우에, High 신호가 출력되도록 설정될 수 있다.In this case, the
한편, 위상 검출기(330)는 제 1 입력(IN1) 또는 제 2 입력(IN2)에 입력되는 신호가 유지되는 경우에, 출력되는 신호도 유지되도록 설정될 수 있다.Meanwhile, the
이와 같은, 위상 검출기(330)는 서로 다른 신호를 입력 받아 비교하고, 비교 결과에 따라 이진 신호를 출력하도록 마련되는 Binary PD(Binary Phase Detector)가 이용될 수 있다.As such, the
제어부(400)는 복수개의 비교 전압이 디지털 출력 신호의 최상위 비트로부터 사전에 설정되는 자리의 비트를 나타내는 설정 비트까지 비교되어 제 1 출력 신호가 생성되도록 전압 비교부(200)를 제어할 수 있고, 제어부(400)는 지연 시간이 설정 비트의 다음 비트로부터 최하위 비트까지 비교되어 제 2 출력 신호가 생성되도록 시간 비교부(300)를 제어할 수 있다.The
일 실시예에서, 아날로그-디지털 변환 장치(1)는 아날로그 입력 신호에 대해 10 비트(bit)의 디지털 출력 신호를 생성하도록 마련될 수 있으며, 이러한 경우에, 제어부(400)는 최상위 비트(MSB: Most Significant bit)를 포함하는 7개의 비트가 전압 비교부(200)에 의해 출력 신호로 생성되도록 제어할 수 있고, 제어부(400)는 8번째 비트로부터 최하위 비트(LSB: Least Significant bit)까지 3개의 비트가 시간 비교부(300)에 의해 출력 신호로 생성되도록 제어할 수 있다.In one embodiment, the analog-to-
이에 따라, 제 1 출력 신호는 전압 비교부(200)에 의해 생성되는 7개의 비트를 의미할 수 있고, 제 2 출력 신호는 시간 비교부(300)에 의해 생성되는 3개의 비트를 의미할 수 있다.Accordingly, the first output signal may refer to 7 bits generated by the
한편, 제어부(400)는 전압 비교부(200)에서 제 1 출력 신호의 각 비트의 값이 생성되도록 설정되는 시간 간격과 시간 비교부(300)에서 제 2 출력 신호의 각 비트의 값이 생성되도록 설정되는 시간 간격을 다르게 제어할 수 있다.Meanwhile, the
일 실시예에서, 제어부(400)는 사전에 설정되는 제 1 시간 간격에 따라 전압 비교부가 복수개의 비교 전압에 대한 비교를 수행하도록 제어할 수 있고, 제어부(400)는 제 1 시간 간격에 대해 사전에 설정되는 배율만큼 제 1 시간 간격보다 빠르도록 설정되는 제 2 시간 간격에 따라 시간 비교부(300)가 복수개의 지연 시간에 의해 각각 보정된 복수개의 클럭 신호에 대한 비교를 수행하도록 제어할 수 있다.In one embodiment, the
이러한 경우에, 제 1 시간 간격은 제 2 시간 간격에 대해 3 배의 시간 간격으로 나타나도록 설정될 수 있고, 또는, 제 2 시간 간격은 제 1 시간 간격에 대해 1/3 배의 시간 간격으로 나타나도록 설정될 수 있다.In this case, the first time interval can be set to appear 3 times the time interval relative to the second time interval, or the second time interval may be set to appear 1/3 the time interval relative to the first time interval. It can be set to:
이와 같은, 제어부(400)는 최상위 비트로부터 순차적으로 임의의 값의 비교를 수행하는 차동 연속 근사 레지스터(SAR, Successive Approximation Register)에 대한 제어를 수행하도록 마련되는 SAR Logic일 수 있다.As such, the
아날로그-디지털 변환 장치(1)는 이와 같은 구성 요소들을 통해 0.6V 수준의 낮은 인가 전압에서 동작 가능한 효과가 발생할 수 있으며, 또한, 아날로그-디지털 변환 장치(1)는 낮은 인가 전압에서 동작하는 과정에서 발생 가능한 잡음 특성이 개선되는 효과가 발생할 수 있다.Through these components, the analog-to-digital conversion device (1) can operate at a low applied voltage of 0.6V. Additionally, the analog-to-digital conversion device (1) operates at a low applied voltage. This may result in improved noise characteristics.
도2는 도1의 전처리부의 일 실시예를 나타낸 개략도이다.Figure 2 is a schematic diagram showing one embodiment of the preprocessing unit of Figure 1.
전처리부(100)는 복수개의 아날로그 입력 신호로부터 각각의 샘플링 신호를 추출할 수 있고, 전처리부(100)는 복수개의 샘플링 신호를 사전에 설정되는 기준 전압과 각각 비교하여 복수개의 비교 전압을 생성할 수 있다.The
샘플링 스위치(110)는 임의의 시점에서 나타나는 복수개의 아날로그 입력 신호의 값을 사전에 설정되는 변환 시간에 따른 시간 간격 동안 고정시켜 샘플링 신호를 생성할 수 있다.The
이때, 샘플링 스위치(110)에 입력되는 복수개의 아날로그 입력 신호는 V_IN_P와 V_IN_N으로 설정될 수 있다.At this time, a plurality of analog input signals input to the
내부 컨버터(120)는 서로 다른 용량을 나타내는 복수개의 용량 소자가 마련될 수 있으며, 이에 따라, 내부 컨버터(120)는 샘플링 신호와 기준 전압에 따라 복수개의 용량 소자를 충전할 수 있고, 내부 컨버터(120)는 사전에 설정되는 시간 간격에 따라 각각의 용량 소자를 이용하여 비교 전압을 생성할 수 있다.The internal converter 120 may be provided with a plurality of capacitive elements representing different capacities. Accordingly, the internal converter 120 can charge a plurality of capacitive elements according to the sampling signal and the reference voltage, and the internal converter ( 120) can generate a comparison voltage using each capacitive element according to a preset time interval.
이때, 내부 컨버터(120)는 256C, 128C, 64C, 32C, 16C, 8C, 4C, 2C, C 및 C의 용량 소자가 복수개의 아날로그 입력 신호에 대해 각각 마련될 수 있다. 이때, 각 용량 소자의 상판 전극은 아날로그 입력 신호에 연결될 수 있고, 각 용량 소자의 하판 전극은 VDD, V_cm 및 GND 중 어느 하나의 전극에 연결될 수 있다.At this time, the internal converter 120 may be provided with capacitive elements of 256C, 128C, 64C, 32C, 16C, 8C, 4C, 2C, C, and C for a plurality of analog input signals, respectively. At this time, the upper electrode of each capacitive element may be connected to an analog input signal, and the lower electrode of each capacitive element may be connected to any one of VDD, V_cm, and GND.
이러한 경우에, 내부 컨버터(120)는 사전에 설정되는 클럭 신호에 기초하여, 샘플링 신호에 의해 복수개의 용량 소자가 충전되도록 V_cm에 연결될 수 있으며, 이때, 복수개의 용량 소자의 크기에 따라 충전 가능한 최대 전압은 샘플링 신호와 기준 전압의 차이로 설정될 수 있다.In this case, the internal converter 120 may be connected to V_cm so that a plurality of capacitive elements are charged by a sampling signal based on a preset clock signal, and at this time, the maximum chargeable value is determined according to the size of the plurality of capacitive elements. The voltage can be set as the difference between the sampling signal and the reference voltage.
이에 따라, 내부 컨버터(120)는 클럭 신호에 기초하여, 용량이 가장 큰 제 1 용량 소자의 하판 전극이 VDD에 연결되도록 설정될 수 있고, 내부 컨버터(120)는 용량이 두번째로 큰 제 2 용량 소자부터 용량이 가장 작은 제 9 용량 소자까지 복수개 용량 소자의 하판 전극이 GND에 연결되도록 설정될 수 있다. 이러한 경우에, 복수개의 용량 소자의 상판 전극에 비교 전압이 생성될 수 있다.Accordingly, the internal converter 120 may be set to connect the lower electrode of the first capacitor with the largest capacity to VDD based on the clock signal, and the internal converter 120 may be configured to connect the lower electrode of the first capacitor with the largest capacity to VDD. The lower electrodes of a plurality of capacitance elements, from the first capacitance element to the ninth capacitance element with the smallest capacity, can be set to be connected to GND. In this case, a comparison voltage may be generated on the upper electrodes of the plurality of capacitive elements.
이때, 전압 비교부(200)는 복수개의 아날로그 입력 신호(V_IN_P 및 V_IN_N)에 따라 각각 생성된 복수개의 비교 전압(V_DAC_N 및 V_DAC_P)을 비교할 수 있으며, 내부 컨버터(120)는 복수개의 비교 전압의 비교 결과에 따라 제 1 용량 소자의 하판 전극에 High 신호 또는 Low 신호가 연결될 수 있다.At this time, the
이어서, 내부 컨버터(120)는 클럭 신호에 기초하여, 제 1 용량 소자의 하판 전극에 연결된 High 신호 또는 Low 신호가 연결된 상태를 유지할 수 있고, 내부 컨버터(120)는 제 2 용량 소자의 하판 전극이 VDD에 연결되도록 설정될 수 있고, 내부 컨버터(120)는 제 3 용량 소자부터 제 9 용량 소자까지 복수개의 용량 소자의 하판 전극이 GND에 연결되도록 설정될 수 있다. 이러한 경우에, 복수개의 용량 소자의 상판 전극에 이전에 생성된 비교 전압과는 다른 비교 전압이 생성될 수 있다.Subsequently, based on the clock signal, the internal converter 120 may maintain the high signal or low signal connected to the lower electrode of the first capacitive element, and the internal converter 120 may maintain the state in which the lower electrode of the second capacitive element is connected. It can be set to be connected to VDD, and the internal converter 120 can be set to connect the lower electrodes of a plurality of capacitive elements from the third to the ninth capacitor to GND. In this case, a comparison voltage different from a previously generated comparison voltage may be generated at the top electrode of the plurality of capacitive elements.
이때, 전압 비교부(200)는 복수개의 아날로그 입력 신호에 따라 각각 생성된 복수개의 비교 전압을 비교할 수 있으며, 내부 컨버터(120)는 복수개의 비교 전압의 비교 결과에 따라 제 2 용량 소자의 하판 전극에 High 신호 또는 Low 신호가 연결될 수 있다.At this time, the
내부 컨버터(120)는 이와 같은 과정이 제어부(400)에 의해 반복될 수 있으며, 이에 따라, 내부 컨버터(120)의 클럭 신호에 기초하여 제 1 용량 소자부터 순차적으로 용량 소자의 하판 전극에 연결되는 신호가 결정될 수 있다.In the internal converter 120, this process may be repeated by the
도3은 도1의 전압 비교부의 일 실시예를 나타낸 개략도이다.Figure 3 is a schematic diagram showing one embodiment of the voltage comparison unit of Figure 1.
전압 비교부(200)는 복수개의 비교 전압의 크기를 서로 비교할 수 있다. 이때, 전압 비교부(200)는 클럭 신호에 기초하여, 복수개의 비교 전압(V_DAC_P 및 V_DAC_N)을 입력 받을 수 있다.The
이와 관련하여, 전압 비교부(200)는 클럭 신호의 부정 값(Not_CLK)이 Low 신호인 경우에, M3 트랜지스터와 M4 트랜지스터에 의해 fp 노드와 fn 노드의 전압이 VDD로 충전될 수 있다. 이러한 경우에, 전압 비교부(200)는 Low 신호가 출력될 수 있다.In this regard, the
한편, 전압 비교부(200)는 클럭 신호의 부정 값(Not_CLK)이 High 신호인 경우에, Mtail1 트랜지스터와 Mtail2 트랜지스터가 통전될 수 있으며, M3 트랜지스터와 M4 트랜지스터가 차단될 수 있다.Meanwhile, in the
이에 따라, 전압 비교부(200)는 제 1 비교 전압(V_DAC_P)과 제 2 비교 전압(V_DAC_N)에 따라 fp 노드와 fn 노드의 전압 변화량의 차이가 발생할 수 있으며, 전압 비교부(200)는 fp 노드와 fn 노드의 전압 변화량의 차이가 M6 트랜지스터와 M7 트랜지스터, M9 트랜지스터와 M10 트랜지스터를 포함하는 Cross-Coupled Inverter를 통해 출력될 수 있다.Accordingly, the
예를 들어, 전압 비교부(200)는 제 1 비교 전압(V_DAC_P)이 제 2 비교 전압(V_DAC_N) 보다 큰 경우에, fn 노드 전압은 fp 노드 전압에 비하여 빠르게 감소할 수 있으며, 이에 따라, 이에 따라, 전압 비교부(200)는 M5 트랜지스터에 흐르는 전류의 크기가 M8 트랜지스터에 흐르는 전류의 크기에 비하여 커지므로, Cross-Coupled Inverter에 의한 출력(OUT)이 High 신호로 나타날 수 있고, 출력의 부정 값(Not_OUT)이 Low 신호로 나타날 수 있다.For example, when the first comparison voltage (V_DAC_P) is greater than the second comparison voltage (V_DAC_N), the
이와 같은, Double-Tail Dynamic comparator은 VDD 라인이 두 단에 나눠서 각각 연결되므로, 보다 낮은 인가 전압에서 동작 가능한 효과가 발생할 수 있다.In this Double-Tail Dynamic comparator, the VDD line is divided into two stages and connected to each stage, so it can operate at a lower applied voltage.
도4는 도1의 시간 비교부의 일 실시예를 나타낸 개략도이다.Figure 4 is a schematic diagram showing one embodiment of the time comparison unit of Figure 1.
시간 비교부(300)는 복수개의 비교 전압의 크기에 따라 복수개의 지연 시간을 설정할 수 있고, 시간 비교부(300)는 사전에 설정되는 클럭 신호를 복수개의 지연 시간에 따라 각각 보정하여 비교할 수 있다.The
이를 위해, 시간 비교부(300)는 전압 제어 지연기(310) 및 위상 검출기(330)를 포함할 수 있다.To this end, the
전압 제어 지연기(310)는 복수개의 샘플링 신호와 기준 전압을 비교하여 생성된 제 1 비교 전압과 제 2 비교 전압의 크기에 따라 클럭 신호의 지연 시간을 설정할 수 있다.The
이때, 전압 제어 지연기(310)는 제 1 비교 전압(V_DAC_P)이 제 1 입력(V_IN1)으로 입력되고, 제 2 비교 전압(V_DAC_N)이 제 2 입력(V_IN2)으로 입력되도록 마련되는 제 1 전압 제어 지연기와 제 1 비교 전압(V_DAC_P)이 제 2 입력(V_IN2)으로 입력되고, 제 2 비교 전압(V_DAC_N)이 제 1 입력(V_IN1)으로 입력되도록 마련되는 제 2 전압 제어 지연기로 마련될 수 있다.At this time, the
또한, 위상 검출기(330)는 복수개의 지연 시간에 의해 각각 보정된 복수개의 클럭 신호를 비교할 수 있다.Additionally, the
도5는 도4의 전압 제어 지연기의 일 실시예를 나타낸 개략도이다.Figure 5 is a schematic diagram showing one embodiment of the voltage controlled delay of Figure 4.
전압 제어 지연기(310)는 복수개의 샘플링 신호와 기준 전압을 비교하여 생성된 제 1 비교 전압(V_DAC_P)과 제 2 비교 전압(V_DAC_N)의 크기에 따라 클럭 신호의 지연 시간을 설정할 수 있다.The
이때, 전압 제어 지연기(310)는 제 1 비교 전압(V_DAC_P)이 제 1 입력(V_IN1)으로 입력되고, 제 2 비교 전압(V_DAC_N)이 제 2 입력(V_IN2)으로 입력되도록 마련되는 제 1 전압 제어 지연기와 제 1 비교 전압(V_DAC_P)이 제 2 입력(V_IN2)으로 입력되고, 제 2 비교 전압(V_DAC_N)이 제 1 입력(V_IN1)으로 입력되도록 마련되는 제 2 전압 제어 지연기로 마련될 수 있다.At this time, the
이러한 경우에, 제 1 전압 제어 지연기로부터 출력되는 신호는 위상 검출기(330)의 제 1 입력(IN1)으로 입력될 수 있고, 제 2 전압 제어 지연기로부터 출력되는 신호는 위상 검출기(330)의 제 2 입력(IN2)으로 입력될 수 있다.In this case, the signal output from the first voltage control delay may be input to the first input (IN1) of the
이와 관련하여, 전압 제어 지연기(310)의 지연 시간의 변화는 아래의 수학식 1 내지 수학식 8을 이용하여 나타낼 수 있다.In this regard, the change in delay time of the voltage-controlled
수학식 1 내지 수학식 8에서, t_d는 전압 제어 지연기(310)로부터 출력되는 전압(V_OUT)이 전압 제어 지연기(310)의 인버터(Inverter)의 문턱 전압에 도달하는 시점까지의 시간 간격을 의미할 수 있고, I_SS는 정상 상태(Steady-State)인 경우에, 전압 제어 지연기(310)의 인버터에 흐르는 전류를 의미할 수 있다.In
또한, C_L은 전압 제어 지연기(310)의 회로에 대해, 한 단에 대응되는 등가 회로에 설정되는 용량 소자의 크기를 의미할 수 있다.Additionally, C_L may mean the size of the capacitance element set in the equivalent circuit corresponding to one stage of the circuit of the voltage controlled
한편, t_d_diff는 차동 신호인 복수개의 비교 신호가 입력되는 전압 제어 지연기(310)로부터 출력되는 전압(V_OUT)이 전압 제어 지연기(310)의 인버터(Inverter)의 문턱 전압에 도달하는 시점까지의 시간 간격을 의미할 수 있고, Delta_V_IN은 복수개의 비교 전압의 차이를 의미할 수 있다. 또한, g_m은 전압 제어 지연기(310)의 회로에 대해, 한 단에 대응되는 등가 회로에 설정되는 트랜지스터의 상호 컨덕턴스(Mutual Conductance)를 의미할 수 있다.Meanwhile, t_d_diff is the time when the voltage (V_OUT) output from the
또한, Gain은 전압 제어 지연기(310)의 전압-시간 이득(Voltage-Time Gain)을 의미할 수 있다. 이에 따라, Gain_N은 전압 제어 지연기(310)의 회로에 임의의 개수인 N개의 단이 마련되는 경우에 전압 제어 지연기(310)로부터 나타나는 전압-시간 이득(Voltage-Time Gain)을 의미할 수 있다.Additionally, Gain may refer to the voltage-time gain of the
이와 관련하여, Delta_V_out^2는 잡음에 의해 전압 제어 지연기(310)로부터 출력되는 전압(V_OUT)의 변화율을 의미할 수 있고, alpha는 사전에 설정되는 상수를 의미할 수 있으며, kT는 온도를 의미할 수 있다.In this regard, Delta_V_out^2 may refer to the change rate of the voltage (V_OUT) output from the
또한, Slew rate는 전압 제어 지연기(310)의 반응 속도를 나타내는 변수를 의미할 수 있다.Additionally, slew rate may refer to a variable representing the response speed of the voltage
이에 따라, 전압 제어 지연기(310)의 회로의 하나의 단을 통과하는 클럭 신호의 지연 시간의 변화는 수학식 7의 Delta_t_d와 같이 나타낼 수 있으며, 이때, 전압 제어 지연기(310)의 회로의 N개의 단을 통과하는 클럭 신호의 지연 시간 변화는 수학식 8의 Delta_t_d_N과 같이 나타낼 수 있다.Accordingly, the change in delay time of the clock signal passing through one stage of the circuit of the voltage-controlled
한편, 전압 제어 지연기(310)의 입력 잡음은 아래의 수학식 9와 같이 나타날 수 있다.Meanwhile, the input noise of the voltage controlled
여기에서, Delta_V_noise는 전압 제어 지연기(310)의 입력 잡음을 의미할 수 있다.Here, Delta_V_noise may mean the input noise of the
이와 같이, 전압 제어 지연기(310)는 전압 제어 지연기(310) 회로의 단수에 따라 입력 잡음의 영향을 root_N배 만큼 감소시킬 수 있는 효과가 발생할 수 있다.In this way, the
예를 들어, 전압 제어 지연기(310)는 전압 제어 지연기(310) 회로의 단수가 5 단인 경우에, 입력 잡음의 영향은 5배만큼 감소될 수 있다.For example, if the
도6은 도4의 위상 검출기의 일 실시예를 나타낸 개략도이다.Figure 6 is a schematic diagram showing one embodiment of the phase detector of Figure 4.
위상 검출기(330)는 복수개의 지연 시간에 의해 각각 보정된 복수개의 클럭 신호를 비교할 수 있다. 이때, 위상 검출기(330)는 복수개의 클럭 신호의 비교 결과에 따라 High 신호 또는 Low 신호로 나타나는 출력 신호를 생성할 수 있다.The
위상 검출기(330)는 제 1 비교 전압(V_DAC_P)이 제 1 입력(V_IN1)으로 입력되고, 제 2 비교 전압(V_DAC_N)이 제 2 입력(V_IN2)으로 입력되도록 마련되는 제 1 전압 제어 지연기와 제 1 비교 전압(V_DAC_P)이 제 2 입력(V_IN2)으로 입력되고, 제 2 비교 전압(V_DAC_N)이 제 1 입력(V_IN1)으로 입력되도록 마련되는 제 2 전압 제어 지연기로부터 각각 출력되는 서로 다른 클럭 신호의 파형을 비교할 수 있으며, 위상 검출기(330)는 비교 결과에 따라 제 2 출력 신호를 생성할 수 있다.The
이때, 위상 검출기(330)는 제 1 전압 제어 지연기로부터 출력되는 신호를 제 1 입력(IN1)으로 입력 받을 수 있고, 위상 검출기(330)는 제 2 전압 제어 지연기로부터 출력되는 신호를 제 2 입력(IN2)으로 입력 받을 수 있다.At this time, the
이러한 경우에, 위상 검출기(330)는 제 1 입력(IN1)으로 입력되는 신호가 제 2 입력(IN2)으로 입력되는 신호보다 빠른 경우에, High 신호가 출력되도록 설정될 수 있다.In this case, the
한편, 위상 검출기(330)는 제 1 입력(IN1) 또는 제 2 입력(IN2)에 입력되는 신호가 유지되는 경우에, 출력되는 신호도 유지되도록 설정될 수 있다.Meanwhile, the
도7은 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그-디지털 변환 방법의 순서도이다.Figure 7 is a flowchart of an analog-to-digital conversion method according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그-디지털 변환 방법은 도 1에 도시된 아날로그-디지털 변환 장치(1)와 실질적으로 동일한 구성 상에서 진행되므로, 도 1의 아날로그-디지털 변환 장치(1)와 동일한 구성요소에 대해 동일한 도면 부호를 부여하고, 반복되는 설명은 생략하기로 한다.The analog-to-digital conversion method according to an embodiment of the present invention is carried out on substantially the same configuration as the analog-to-
아날로그-디지털 변환 방법은 샘플링 신호를 추출하고, 비교 전압을 생성하는 단계(600), 제 1 출력 신호가 생성되도록 제어하는 단계(610), 클럭 신호가 보정되도록 제어하는 단계(620) 및 제 2 출력 신호가 생성되도록 제어하는 단계(630)를 포함할 수 있다.The analog-to-digital conversion method includes the steps of extracting a sampling signal and generating a comparison voltage (600), controlling the first output signal to be generated (610), controlling the clock signal to be corrected (620), and controlling the second output signal to be corrected (620). A
샘플링 신호를 추출하고, 비교 전압을 생성하는 단계(600)는 전처리부(100)가 복수개의 아날로그 입력 신호로부터 각각의 샘플링 신호를 추출하고, 복수개의 샘플링 신호를 사전에 설정되는 기준 전압과 각각 비교하여 복수개의 비교 전압을 생성하는 단계일 수 있다.In the
제 1 출력 신호가 생성되도록 제어하는 단계(610)는 제어부(400)가 복수개의 비교 전압이 디지털 출력 신호의 최상위 비트로부터 사전에 설정되는 자리의 비트를 나타내는 설정 비트까지 비교되어 제 1 출력 신호가 생성되도록 전압 비교부(200)를 제어하는 단계일 수 있다.In the
클럭 신호가 보정되도록 제어하는 단계(620)는 제어부(400)가 복수개의 비교 전압의 크기에 따라 복수개의 지연 시간이 설정되어 사전에 설정되는 클럭 신호가 각각 보정되도록 시간 비교부(300)를 제어하는 단계일 수 있다.In the step 620 of controlling the clock signal to be corrected, the
제 2 출력 신호가 생성되도록 제어하는 단계(630)는 제어부(400)가 보정된 복수개의 클럭 신호에 대해 설정 비트의 다음 비트로부터 최하위 비트까지 비교되어 제 2 출력 신호가 생성되도록 시간 비교부(300)를 제어하는 단계일 수 있다.In the
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to embodiments, those skilled in the art will understand that various modifications and changes can be made to the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the following patent claims. You will be able to.
1: 아날로그-디지털 변환 장치
100: 전처리부
110: 샘플링 스위치
130: 내부 컨버터
200: 전압 비교부
300: 시간 비교부
310: 전압 제어 지연기
330: 위상 검출기
400: 제어부1: Analog-to-digital conversion device
100: Preprocessing unit
110: sampling switch
130: internal converter
200: voltage comparison unit
300: Time comparison unit
310: Voltage controlled delayer
330: phase detector
400: Control unit
Claims (10)
상기 복수개의 비교 전압의 크기를 서로 비교하는 전압 비교부;
상기 복수개의 비교 전압의 크기에 따라 복수개의 지연 시간을 설정하고, 사전에 설정되는 클럭 신호를 상기 복수개의 지연 시간에 따라 각각 보정하여 비교하는 시간 비교부; 및
상기 복수개의 비교 전압이 디지털 출력 신호의 최상위 비트로부터 사전에 설정되는 자리의 비트를 나타내는 설정 비트까지 비교되어 제 1 출력 신호가 생성되도록 상기 전압 비교부를 제어하고, 보정된 복수개의 클럭 신호가 상기 설정 비트의 다음 비트로부터 최하위 비트까지 비교되어 제 2 출력 신호가 생성되도록 상기 시간 비교부를 제어하는 제어부;를 포함하는, 아날로그-디지털 변환 장치.
a preprocessor that extracts each sampling signal from a plurality of analog input signals and compares each of the plurality of sampling signals with a preset reference voltage to generate a plurality of comparison voltages;
a voltage comparator that compares the magnitudes of the plurality of comparison voltages;
a time comparison unit that sets a plurality of delay times according to the magnitude of the plurality of comparison voltages, and corrects and compares preset clock signals according to the plurality of delay times; and
The voltage comparator is controlled to generate a first output signal by comparing the plurality of comparison voltages from the most significant bit of the digital output signal to the setting bit representing the bit of the preset digit, and the plurality of corrected clock signals are compared to the setting bit. An analog-to-digital conversion device comprising: a control unit that controls the time comparison unit to generate a second output signal by comparing bits from the next bit to the least significant bit.
상기 복수개의 샘플링 신호와 상기 기준 전압을 비교하여 생성된 제 1 비교 전압과 제 2 비교 전압의 크기에 따라 상기 클럭 신호의 지연 시간을 설정하는 전압 제어 지연기; 및
상기 복수개의 지연 시간에 의해 각각 보정된 복수개의 클럭 신호를 비교하는 위상 검출기;를 포함하는, 아날로그-디지털 변환 장치.
The method of claim 1, wherein the time comparison unit,
a voltage control delayer that sets a delay time of the clock signal according to the magnitude of a first comparison voltage and a second comparison voltage generated by comparing the plurality of sampling signals with the reference voltage; and
An analog-to-digital conversion device comprising a phase detector that compares a plurality of clock signals each corrected by the plurality of delay times.
상기 제 1 비교 전압이 제 1 입력으로 입력되고, 상기 제 2 비교 전압이 제 2 입력으로 입력되도록 마련되는 제 1 전압 제어 지연기와 상기 제 1 비교 전압이 제 2 입력으로 입력되고, 상기 제 2 비교 전압이 제 1 입력으로 입력되도록 마련되는 제 2 전압 제어 지연기로부터 각각 출력되는 서로 다른 클럭 신호의 파형을 비교하여, 비교 결과에 따라 상기 제 2 출력 신호를 생성하는, 아날로그-디지털 변환 장치.
The method of claim 2, wherein the phase detector is:
A first voltage control delay provided to input the first comparison voltage as a first input and input the second comparison voltage as a second input, and to input the first comparison voltage as a second input, and to input the second comparison voltage as a second input. An analog-to-digital conversion device that compares the waveforms of different clock signals output from a second voltage control delay device provided to input a voltage as a first input, and generates the second output signal according to the comparison result.
사전에 설정되는 제 1 시간 간격에 따라 상기 전압 비교부가 상기 복수개의 비교 전압에 대한 비교를 수행하도록 제어하고, 상기 제 1 시간 간격에 대해 사전에 설정되는 배율만큼 상기 제 1 시간 간격보다 빠르도록 설정되는 제 2 시간 간격에 따라 상기 시간 비교부가 상기 복수개의 지연 시간에 의해 각각 보정된 복수개의 클럭 신호에 대한 비교를 수행하도록 제어하는, 아날로그-디지털 변환 장치.
The method of claim 1, wherein the control unit:
Controls the voltage comparator to perform comparison of the plurality of comparison voltages according to a preset first time interval, and sets the voltage comparator to be faster than the first time interval by a preset multiplier for the first time interval. An analog-to-digital conversion device that controls the time comparator to perform comparison of a plurality of clock signals each corrected by the plurality of delay times according to a second time interval.
임의의 시점에서 나타나는 상기 복수개의 아날로그 입력 신호의 값을 사전에 설정되는 변환 시간에 따른 시간 간격 동안 고정시켜 상기 샘플링 신호를 생성하는 샘플링 스위치; 및
서로 다른 용량을 나타내는 복수개의 용량 소자가 마련되어, 상기 샘플링 신호와 상기 기준 전압에 따라 상기 복수개의 용량 소자를 충전하고, 사전에 설정되는 시간 간격에 따라 각각의 용량 소자를 이용하여 비교 전압을 생성하는 내부 컨버터;를 포함하는, 아날로그-디지털 변환 장치.
The method of claim 1, wherein the preprocessing unit,
a sampling switch that generates the sampling signal by fixing the values of the plurality of analog input signals appearing at an arbitrary point in time for a time interval according to a preset conversion time; and
A plurality of capacitance elements representing different capacitances are provided, the plurality of capacitance elements are charged according to the sampling signal and the reference voltage, and a comparison voltage is generated using each capacitance element according to a preset time interval. An analog-to-digital conversion device comprising an internal converter.
전처리부가 복수개의 아날로그 입력 신호로부터 각각의 샘플링 신호를 추출하고, 복수개의 샘플링 신호를 사전에 설정되는 기준 전압과 각각 비교하여 복수개의 비교 전압을 생성하는 단계;
제어부가 상기 복수개의 비교 전압이 디지털 출력 신호의 최상위 비트로부터 사전에 설정되는 자리의 비트를 나타내는 설정 비트까지 비교되어 제 1 출력 신호가 생성되도록 전압 비교부를 제어하는 단계;
상기 제어부가, 상기 복수개의 비교 전압의 크기에 따라 설정된 복수개의 지연 시간을 이용하여 사전에 설정되는 클럭 신호가 각각 보정되도록 시간 비교부를 제어하는 단계; 및
상기 제어부는 보정된 복수개의 클럭 신호가 상기 설정 비트의 다음 비트로부터 최하위 비트까지 비교되어 제2 출력 신호가 생성되도록 상기 시간 비교부를 제어하는 단계;를 포함하는, 아날로그-디지털 변환 방법.
In the analog-to-digital conversion method of an analog-to-digital conversion device that performs conversion in the voltage domain and time domain,
A preprocessor extracting each sampling signal from a plurality of analog input signals and comparing each of the plurality of sampling signals with a preset reference voltage to generate a plurality of comparison voltages;
Controlling the voltage comparison unit so that the plurality of comparison voltages are compared from the most significant bit of the digital output signal to the setting bit representing the bit of the preset digit to generate a first output signal;
Controlling the time comparison unit, by the control unit, to correct each preset clock signal using a plurality of delay times set according to the magnitudes of the plurality of comparison voltages; and
The control unit controls the time comparison unit to generate a second output signal by comparing the plurality of corrected clock signals from the next bit to the least significant bit of the setting bit.
전압 제어 지연기가 상기 복수개의 샘플링 신호와 상기 기준 전압을 비교하여 생성된 제 1 비교 전압과 제 2 비교 전압의 크기에 따라 상기 클럭 신호의 지연 시간을 설정하는 단계; 및
위상 검출기가 상기 복수개의 지연 시간에 의해 각각 보정된 복수개의 클럭 신호를 비교하는 단계;를 포함하는, 아날로그-디지털 변환 방법.
The method of claim 6, wherein controlling the clock signal to be corrected comprises:
setting, by a voltage control delayer, a delay time of the clock signal according to the magnitude of a first comparison voltage and a second comparison voltage generated by comparing the plurality of sampling signals with the reference voltage; and
Comprising a phase detector comparing a plurality of clock signals each corrected by the plurality of delay times.
상기 제 1 비교 전압이 제 1 입력으로 입력되고, 상기 제 2 비교 전압이 제 2 입력으로 입력되도록 마련되는 제 1 전압 제어 지연기와 상기 제 1 비교 전압이 제 2 입력으로 입력되고, 상기 제 2 비교 전압이 제 1 입력으로 입력되도록 마련되는 제 2 전압 제어 지연기로부터 각각 출력되는 서로 다른 클럭 신호의 파형을 비교하여, 비교 결과에 따라 상기 제 2 출력 신호를 생성하는, 아날로그-디지털 변환 방법.
The method of claim 7, wherein comparing the plurality of corrected clock signals comprises:
A first voltage control delay provided to input the first comparison voltage as a first input and input the second comparison voltage as a second input, and to input the first comparison voltage as a second input, and to input the second comparison voltage as a second input. An analog-to-digital conversion method that compares the waveforms of different clock signals output from a second voltage control delay device provided to input a voltage as a first input, and generates the second output signal according to the comparison result.
사전에 설정되는 제 1 시간 간격에 따라 상기 전압 비교부가 상기 복수개의 비교 전압에 대한 비교를 수행하도록 제어하고, 상기 제 1 시간 간격에 대해 사전에 설정되는 배율만큼 상기 제 1 시간 간격보다 빠르도록 설정되는 제 2 시간 간격에 따라 상기 시간 비교부가 상기 복수개의 지연 시간에 의해 각각 보정된 복수개의 클럭 신호에 대한 비교를 수행하도록 제어하는, 아날로그-디지털 변환 방법.
The method of claim 6, wherein the control unit,
Controls the voltage comparator to perform comparison of the plurality of comparison voltages according to a preset first time interval, and sets the voltage comparator to be faster than the first time interval by a preset multiplier for the first time interval. An analog-to-digital conversion method that controls the time comparator to perform comparison of a plurality of clock signals each corrected by the plurality of delay times according to a second time interval.
샘플링 스위치가 임의의 시점에서 나타나는 상기 복수개의 아날로그 입력 신호의 값을 사전에 설정되는 변환 시간에 따른 시간 간격 동안 고정시켜 상기 샘플링 신호를 생성하는 단계; 및
상기 샘플링 신호와 상기 기준 전압에 따라 충전된 서로 다른 용량을 나타내는 복수개의 용량 소자를 구비하는 내부 컨버터가 사전에 설정되는 시간 간격에 따라 각각의 용량 소자를 이용하여 비교 전압을 생성하는 단계;를 포함하는, 아날로그-디지털 변환 방법.
The method of claim 6, wherein extracting the sampling signal and generating a comparison voltage comprises:
A sampling switch generating the sampling signal by fixing the values of the plurality of analog input signals that appear at a random point in time for a time interval according to a preset conversion time; and
An internal converter having a plurality of capacitance elements representing different capacitances charged according to the sampling signal and the reference voltage generates a comparison voltage using each capacitance element according to a preset time interval. Analog-digital conversion method.
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KR1020200153883A KR102377788B1 (en) | 2020-11-17 | 2020-11-17 | Analog-to-digital conversion apparatus and method for performing conversion in voltage domain and time domain |
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Citations (2)
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KR20110138515A (en) * | 2010-06-21 | 2011-12-28 | 한양대학교 산학협력단 | Apparatus and method for converting analog to digital |
KR20130026627A (en) * | 2011-09-05 | 2013-03-14 | 한국전자통신연구원 | Analog-digital converter and converting method using clock delay |
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