KR20000004592A - Analog-to-digital converting apparatus utilizing comparison window of variable size - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 가변 크기의 비교창을 이용한 아날로그-디지털 변환 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an analog-to-digital converter using a variable size comparison window.
먼저 아날로그-디지털 변환 원리를 간단히 살펴보면, 아날로그-디지털 변환 장치는 아날로그 형태의 입력 신호를 내부의 세분화된 기준 전압과 비교하여 이를 디지털 신호로 변환시킨다.First, the analog-to-digital conversion principle is briefly described. The analog-to-digital converter converts an analog signal into a digital signal by comparing it with an internally divided reference voltage.
종래의 아날로그-디지털 변환기는 SAR(Succesive Approximation Register)(이하, "SAR"이라 함) 방식과 플래쉬 방식으로 크게 나눌 수 있다.Conventional analog-to-digital converters can be roughly divided into a SAR (Succesive Approximation Register) (hereinafter referred to as "SAR") method and a flash method.
도 1 은 종래의 SAR 방식의 아날로그-디지털 변환 장치의 구성도로서, 샘플링 및 홀딩부(101), 비교기(102), 제어부(103), 레지스터(104) 및 디지털/아날로그 변환기(105)를 구비한다.1 is a block diagram of a conventional SAR-type analog-to-digital converter, which includes a sampling and holding unit 101, a comparator 102, a control unit 103, a register 104, and a digital-to-analog converter 105. do.
도면에 도시된 바와 같이, SAR 방식은 입력에 대해 하나의 비교기(102)를 이용하여 원하는 디지털 출력을 획득할 때까지 여러번 기준 전압과 비교하는 방식이다. 따라서 하드웨어가 간단한 반면, n 비트 아날로그-디지털 변환기(ADC)(105)의 경우 최대 n 번 비교를 수행함으로써 응답 시간이 느린 문제점이 있었다.As shown in the figure, the SAR scheme compares the reference voltage several times until a desired digital output is obtained using one comparator 102 for the input. Therefore, while the hardware is simple, the n-bit analog-to-digital converter (ADC) 105 has a problem that the response time is slow by performing the comparison up to n times.
도 2 는 종래의 플래쉬 방식의 아날로그-디지털 변환 장치의 구성도로서, 샘플링 및 홀딩부(201), 비교기(202), 제어부(203), 레지스터(204) 및 디지털/아날로그 변환기(205)를 구비한다.2 is a block diagram of a conventional flash-type analog-to-digital converter, which includes a sampling and holding unit 201, a comparator 202, a control unit 203, a register 204, and a digital-to-analog converter 205. do.
도면에 도시된 바와 같이, 플래쉬 방식은 다수의 비교기(202)를 이용하여 일시에 원하는 디지털값을 획득할 수 있어 빠른 응답을 필요로 하는 장치에 이용되고 있지만 n 비트 아날로그-디지털 변환기의 경우 2n-1개의 비교기가 필요하게 되어 하드웨어의 부담이 가중되는 문제점이 있었다.As shown in the figure, the flash method is used in a device requiring a quick response by using a plurality of comparators 202 to obtain a desired digital value at a time, but 2 n for an n-bit analog-to-digital converter. One comparator was required, which caused a burden on the hardware.
따라서, 전술한 바와 같은 제반 문제점을 해결하기 위해서 안출된 본 발명은, 시간축에 대한 연속성을 이용하여 상하한 값을 가지는 가변 크기의 창을 생성하여 그 테두리 안에서만 비교함으로써 비교 시간을 감소시키는 가변 크기의 비교창을 이용한 아날로그-디지털 변환 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention devised to solve the above-described problems, by using the continuity with respect to the time axis to generate a variable size window having an upper and lower limit and compare only within the border of the variable size of the variable size An object of the present invention is to provide an analog-to-digital converter using a comparison window.
도 1 은 종래의 SAR 방식의 아날로그-디지털 변환 장치의 구성도.1 is a block diagram of a conventional SAR-type analog-to-digital converter.
도 2 는 종래의 플래쉬 방식의 아날로그-디지털 변환 장치의 구성도.2 is a block diagram of a conventional flash-type analog-to-digital converter.
도 3 은 본 발명에 따른 가변 크기의 비교창을 이용한 아날로그-디지털 변환 장치의 일실시예 구성도.Figure 3 is an embodiment configuration of an analog-to-digital conversion device using a variable size comparison window according to the present invention.
도 4 는 연속성을 가지는 아날로그 입력에 대한 비교창을 나타낸 설명도.4 is an explanatory diagram showing a comparison window for an analog input having continuity.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
300 : 아날로그/디지털 변환부 301 : 제 1 레지스터300: analog / digital converter 301: first register
302 : 가감기 303 : 제 2 레지스터302: regulating device 303: second register
304 : 제 3 레지스터 305 : 기준 전압 제어부304: third resistor 305: reference voltage control unit
306 : 디지털/아날로그 변환기306: Digital to Analog Converter
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 아날로그/디지털 변환 장치에 있어서, 외부로부터의 아날로그 신호와 내부 기준 전압을 비교하고 상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하기 위한 아날로그/디지털 변환 수단; 및 상기 아날로그/디지털 변환 수단으로부터의 디지털 신호 및 외부로부터의 비교창 크기의 디지털 신호를 입력받아 비교할 기준 전압의 상한값 및 하한값을 결정하여 상기 내부 기준 전압을 생성하는 기준 전압 생성 수단을 포함한다.An apparatus of the present invention for achieving the above object, in the analog / digital conversion device, analog / digital conversion means for comparing the analog signal from the external and the internal reference voltage, converting the analog signal to a digital signal and output ; And reference voltage generation means for receiving the digital signal from the analog-to-digital conversion means and the digital signal of the comparison window size from the outside to determine the upper limit value and the lower limit value of the reference voltage to be compared to generate the internal reference voltage.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3 은 본 발명에 따른 가변 크기의 비교창을 이용한 아날로그-디지털 변환 장치의 일실시예 구성도이다.3 is a block diagram of an embodiment of an analog-to-digital converter using a variable size comparison window according to the present invention.
도면에 도시된 바와 같이, 아날로그/디지털 변환 장치는 비교창의 크기를 저장하기 위한 제 1 레지스터(301), 상하한값을 계산하기 위한 가감기(302), 상한값을 저장하기 위한 제 2 레지스터(303), 하한값을 저장하기 위한 제 3 레지스터(304), 기준 전압을 생성하기 위한 기준전압 제어부(305), 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하기 위한 디지털/아날로그 변환기(306), 아날로그 입력 신호를 샘플링하여 유지하기 위한 샘플링 및 홀딩부(307), 두 개의 아날로그 신호를 비교하기 위한 비교기(308) 및 디지털 신호로 변환된 n 비트 디지털 값을 저장하기 위한 제 4 레지스터(309)를 구비한다. 또한, 아날로그/디지털 변환부(300)는 디지털/아날로그 변환기(306), 샘플링 및 홀딩부(307), 비교기(308) 및 제 4 레지스터(309)를 구비한다.As shown in the figure, the analog-to-digital converter includes a first register 301 for storing the size of the comparison window, an accelerometer 302 for calculating the upper and lower limits, and a second register 303 for storing the upper limit. A third register 304 for storing a lower limit value, a reference voltage controller 305 for generating a reference voltage, a digital to analog converter 306 for converting a digital signal into an analog signal, and sampling and maintaining an analog input signal A sampling and holding unit 307, a comparator 308 for comparing two analog signals, and a fourth register 309 for storing n-bit digital values converted into digital signals. In addition, the analog-to-digital converter 300 includes a digital-to-analog converter 306, a sampling and holding unit 307, a comparator 308, and a fourth register 309.
먼저, 제 1 레지스터(301)는 외부로부터 비교창의 크기를 결정하는 m 비트 디지털 입력신호를 입력받아 저장하여 출력한다.First, the first register 301 receives and stores an m-bit digital input signal for determining the size of the comparison window from the outside.
가감기(302)는 제 1 레지스터(301)로부터의 m 비트 디지털 입력 신호를 입력받고, 제 4 레지스터(309)로부터의 n 비트 디지털 입력 신호를 입력받아 가감산하여 상한값 및 하한값을 출력한다.The adder / lower 302 receives an m-bit digital input signal from the first register 301, receives an n-bit digital input signal from the fourth register 309, and adds and subtracts the upper and lower limit values.
제 2 레지스터(303)는 가감기(302)로부터의 상한값을 입력받아 저장하여 출력한다.The second register 303 receives the upper limit value from the accelerometer 302 and stores and outputs the upper limit value.
제 3 레지스터(304)는 가감기(302)로부터의 하한값을 입력받아 저장하여 출력한다.The third register 304 receives the lower limit value from the retarder 302, stores it, and outputs it.
기준 전압 제어부(305)는 외부로부터의 리셋 신호를 입력받아 비교 시작 신호를 디지털/아날로그 변환기(306)로 출력하고, 제 2 레지스터(303) 및 제 3 레지스터(304)로부터 상한값 및 하한값을 입력받아 비교할 기준 전압의 상한값 및 하한값을 결정하여 기준 전압을 생성하여 디지털 신호로 출력한다.The reference voltage controller 305 receives a reset signal from an external source, outputs a comparison start signal to the digital-to-analog converter 306, and receives an upper limit value and a lower limit value from the second register 303 and the third register 304. The upper limit value and the lower limit value of the reference voltages to be compared are determined, and a reference voltage is generated and output as a digital signal.
디지털/아날로그 변환기(306)는 기준 전압 제어부(305)로부터의 비교 시작 신호 및 디지털 신호를 입력받아 아날로그 신호로 변환하여 출력한다.The digital / analog converter 306 receives the comparison start signal and the digital signal from the reference voltage controller 305, converts the analog signal into an analog signal, and outputs the analog signal.
샘플링 및 홀딩부(307)는 외부로부터의 아날로그 신호를 입력받아 샘플링하여 샘플링된 아날로그 신호를 홀딩하여 출력한다.The sampling and holding unit 307 receives an analog signal from an external source, holds the sampled analog signal, and holds the sampled analog signal.
비교기(308)는 샘플링 및 홀딩부(307)의 샘플링된 아날로그 신호와 디지털/아날로그 변환기(306)로부터의 기준 전압을 입력받아 비교하여 n 비트 디지털값을 출력한다.The comparator 308 receives and compares the sampled analog signal of the sampling and holding unit 307 with a reference voltage from the digital / analog converter 306 and outputs an n-bit digital value.
제 4 레지스터(309)는 비교기(308)로부터의 n 비트 디지털값을 저장하여 출력한다.The fourth register 309 stores and outputs the n bit digital value from the comparator 308.
한편, 기존의 n 비트 해상도를 가지는 아날로그-디지털 변환을 위한 SAR 방식은 비교창의 크기가 VDD의 크기를 가지는 것과 같으며 변환되어야 하는 디지털값은 n 비트가 된다.Meanwhile, in the conventional SAR method for analog-to-digital conversion with n-bit resolution, the size of the comparison window is the same as that of VDD, and the digital value to be converted is n bits.
그러나, 전술한 바와 같은 본 발명은 n 비트의 해상도에 비교창의 크기를 VDD/m로 결정하면 디지털로 변환된 디지털값은 n/(n-log2m)비트로 줄어들게 되므로 아날로그-디지털 변환을 수행할 경우 기존의 SAR 방식의 아날로그-디지털 변환기에 비해 속도가 n/(n-log2m)배 빨라지게 됨을 알 수 있다. 이 경우 하위 log2m개의 비트들은 모두 전단계의 입력 아날로그 신호와 같은 위치에 있으므로 비교기를 통해 다시 저장된 값을 그대로 가지게 된다.However, according to the present invention as described above, when the size of the comparison window is determined as VDD / m at the resolution of n bits, the digitally converted digital value is reduced to n / (n-log 2 m) bits, so that analog-to-digital conversion can be performed. In this case, it can be seen that the speed is n / (n-log 2 m) times faster than the conventional SAR analog-to-digital converter. In this case, the lower log 2 m bits are all in the same position as the input analog signal of the previous stage, so they have the stored value again through the comparator.
도 4 는 연속성을 가지는 아날로그 입력에 대한 비교창을 나타낸 설명도이다.4 is an explanatory diagram showing a comparison window for an analog input having continuity.
도면에 도시된 바와 같이, 연속성을 가지는 아날로그 입력에 대해 비교창을 이용하여 아날로그/디지털 변환을 수행한다. 한 주기는 입력 아날로그 신호가 한번 샘플링되어 아날로그/디지털 변환이 수행되기까지 걸리는 시간을 나타내며, 입력 샘플링 시간은 입력 신호의 주파수에 비해 충분히 오버 샘플링되어야 함을 나타낸다.As shown in the figure, an analog / digital conversion is performed using a comparison window for an analog input having continuity. One period represents the time taken for the input analog signal to be sampled once and the analog-to-digital conversion is performed, indicating that the input sampling time should be sufficiently oversampled relative to the frequency of the input signal.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니다.The present invention described above is capable of various substitutions, modifications, and changes without departing from the spirit of the present invention for those skilled in the art to which the present invention pertains, and the above-described embodiments and accompanying It is not limited to the drawing.
그러므로, 전술한 바와 같은 본 발명은, 상하한 값을 가지는 가변 크기의 창을 생성하여 그 테두리 안에서만 비교함으로써 비교 시간을 감소시키고, 응답 속도를 증가시키며, 플래쉬 방식과 비교해 볼 때 하드웨어를 현저히 감소시킬 수 있는 효과가 있다.Therefore, the present invention as described above can reduce the comparison time, increase the response speed, and significantly reduce the hardware in comparison with the flash method by generating a variable sized window having an upper and lower value and comparing only within its border. It can be effective.
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1998
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