KR960016011B1 - A/d 변환기 - Google Patents

Abstract

내용없음.

Description

A/D 변환기

제1도는 본 발명의 제1실시예를 나타내는 블록도.

제2도는 제1실시예의 동작원리를 설명하기 위한 설명도.

제3도는 제2실시예를 나타내는 블록도.

제4도는 차동형 비교기를 이용하는 경우의 예를 설명하는 설명도.

제5도는 제3 실시예를 나타내는 블록도.

제6도는 종래의 A/D 변환기의 예를 나타내는 블록도.

제7도는 다른 종래의 A/D 변환기의 예를 나타내는 블록도.

제8도는 다른 종래의 A/D 변환기의 예를 나타내는 블록도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 제1의 기준전압원 2 : 비교수단

3 : 제2의 기준전압원 4 : 레벨시프트수단,

5 : 엔코드 수단

본 발명은 A/D 변환기에 관한 것이다.

종래의 병렬형의 A/D 변환기의 예를 제6도를 참조해서 설명한다.

직렬형의 A/D 변환기에서는 저항(101a∼101i)으로 구성원 기준전압 발생기(101)의 분압전압과, 입력전압을 비교기(102a∼102h)에 의해 비교한다.

각 비교기의 출력은 인버터(103a∼103g) 및 앤드게이트(104a∼104g)로 구성되는 논리회로에 공급되고, 입력전압에 따른 비교기 출력의 변화점이 판별된다.

이 판별결과에 기인해서 엔코더(105)는 입력전압 레벨에 대응한 내용의 디지털 신호를 발생한다.

한편, 도시하지 않은 병렬형의 A/D 변환기는 분해능과 같은 만큼의 기준전압을 사용하고 있고, 기준전압원의 저항기는 분해능의 수만큼 필요하다.

이 저항기의 수는 예를들면 12비트의 출력을 행하는 A/D 변환기에서는 4096개가 되고, 분해능이 증가하면 저항기의 수가 급격히 증가한다.

이 A/D 변환기의 성능을 향상하기 위해서는 상기 분해능을 늘림과 동시에 정밀도를 향상시키는 것이 중요하다.

그러나 저항의 정밀도는 저항면적의 평방근에 비례하기 때문에, 저항기의 수를 늘려서 분해능을 올리려고 면적을 늘려서 정밀도를 올리려고 하면 저항전체의 면적은 크게 증가해서 IC 회로에는 좋지 않은 상태가 된다.

이와같은 불리함을 개량한 직병렬형 A/D 변환기의 예를 제7도에 나타낸다.

동도면에 있어서 입력전압의 순간값은 샘플홀드회로(111)에 의해서 일정주기로 샘플링 되어, 상위 A/D변환기(112) 및 감산기(115)에 공급된다.

순간값은 우선 저정밀도의 상위 A/D 변환기(112)에서 상위 변환출력으로서의 디지털 신호로 변환한다. 이 디지털 신호를 디지털(113)에 의해 A/D 변환해서, 상기 순간값으로부터 감산을 한다.

얻어진 순간값과 상위 변환출력과의 차를 고정밀도의 A/D 변환기에서 변환해서 디지털값의 하위 변환 출력신호를 얻는다.

상위 변환출력과 하위 변환의 2개의 변환 데이터에 의해 입력전압의 A/D 변환값이 구해진다. 그러나 이 변환방법에는 샘플홀드회로의 감산기를 필요로 한다.

상기 직병렬형 A/D 변환기를 개량해서 A/D 변환기, 감산기를 이용하지 않은 A/D 변환기를 제8도에 나타낸다.

동 도면에 나타난 A/D 변환방법에는 전환수단(124)에 의해서 기준전압을 전환하고 있다.

그러나 이 방법에서는 직렬형과 같은 만큼의 저항기를 필요로 하고, 분해능의 증가와 함께 저항기의 개수는 현저하게 증가한다.

종래의 병렬형 A/D 변환기, 직병렬 A/D·A/D 변환기에서는 n 비트의 분해능을 얻으려 하면 2_n개의 저항기가 필요해지고, 분해능을 향상시키려 하면, 극히 다수의 저항기를 필요로 하는 결점이 있었다.

본 발명은 이러한 결정을 개선해, 비교적 적은 저항기로 구성할 수 있는 A/D 변환기를 제공하는 것을 목적으로 한다

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 A/D 변환기는 제1기준전압을 m(m은 자연수) 등분해서 제1기준분압 출력군을 발생하는 제1기준분압 출력발생수단과, 제2기준전압을 n(n은 자연수) 등분해서 제2기준분압 출력군을 발생하는 제2기준분압 출력발생수단과, 상기 제2기준분압 출력군 전체를 입력전압에 따라 레벨 시프트해서 제3기준분압 출력군을 얻는 레벨 시프트 수단과, 상기 제1기준분압 출력군 및 상기 제3기준분압 출력군을 서로 비교해 양분압 출력중에 최소의 레벨차가 되는 분압출력의 조합에 기인해 디지털 신호를 발생하는 디지털 신호발생수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

제1기준분압 출력발생수단은 제1기준전압을 1/m 등분으로 분할한 제1비교기준 전압군을 발생한다.

제2기준분압 출력발생수단은 제2기준전압을 1/n 등분으로 분할한 제2비교기준 전압군을 발생한다.

예를들면 제1 및 제2기준전압을 동등하게 설정하면, 제1비교기준 전압군과 제2비교기준 전압군과는 서로 분할수가 다르기 때문에 분압회로의 양끝에서 「0」, 그 이외에는 최소 「｜1/m -1/n｜」의 편차를 가진다.

제1기준분압 출력군과 제3분압 출력군의 각 전압간의 전압차는 입력전압에 의해서 변화하고, 이 전위차가 최소가 되는 기준전압을 조사하는 것에 의해 입력전위의 크기를 알 수가 있다.

｜1/m -1/n｜를 최소단위로서 입력간의 크기를 판별할 수가 있기 때문에 이 m, n을 적당하게 선택하는 것에 의해, 적은 분할수로 고분해능의 변환을 행하는 것이 가능해진다.

이것에 의해 기준전압의 분할을 저항기를 이용해서 행한 경우에는 저항기의 수를 현저하게 감소시키는 것이 가능해진다.

이것은 IC 회로에 적용한 경우에는 전체의 저항수가 줄어드는 것으로부터 상대적으로 저항 1개당 면적을 크게 할 수 있고 종래에 비해서 저항값을 고정밀도로 할 수가 있다.

또 저항값의 정밀도를 종래와 같게 할때는 칩면적을 작게 하는 것이 가능하게 된다.

상기한 제1 및 제2기준전압이 다른 경우에도 같은 원리로 기준전압의 분할수 이상의 A/D 변환의 분해능을 얻는 것이 가능하다.

이하 본 발명의 제1실시예에 관해서 제1도를 참조해서 설명한다.

제1도는 발명의 개요를 나타내는 블록도이고, 제1의 전압원(1)은 기준전압 Vref1을 m(m : 자연수) 등분해, 서로 인접한 전압값끼리 일정한 전압차가 되는 출력전압군을 비교기준 전압으로서 비교수단(2)의 한쪽 입력단자군에 공급한다.

이 출력전압군은 상기 전압차의 정수배의 전압값의 수열로 되어 있고, 말하자면 고정된 전압값열에 의한 주전압 스케일로 되어 있다.

제2의 전압원(3)은 기준전압 Vref2를 n(n : 자연수) 등분해서, 서로 인접한 전압값끼리 일정의 전압차가 되는 출력전압군을 레벨 시프트 수단(4)에 공급한다.

레벨 시프트 수단(4)은 이 출력전압군 전체를 입력전압에 따라 레벨 시프트 해, 이것을 비교수단(2)의 다른쪽 입력단자군에 공급한다.

레벨 시프트 되는 출력전압군은 말하자면 각 출력전압이 눈금으로 되어 그 전체가 레벨 시프트에 의해 이동하는 부전압 스케일이 되어 있다.

레벨 시프트 수단(4)은 예를들면 한쪽 입력단에 분압전압이 공급되어 다른쪽 입력단에 상기 입력전압이 공급되는 가산기를 분압전압의 수만큼 설치해 구성된다.

비교수단(2)은 전압원(1)이 출력한 출력전압군의 어느쪽인가의 출력전압과 레벨 시프트 수단(4)이 출력하는 출력전압군의 어느쪽인가의 출력전압이 일치하고, 혹은 소정전압차 이내가 되는 출력전압끼리 검출해, 이때의 양 출력전압을 각각 공급하는 기준전압원(1)의 출력단 번호 및 레벨 시프트 수단(4)의 출력단 번호의 조합을 엔코드 수단(5)에 알린다.

환원하면 상기 주전압 스케일의 눈금 어느쪽인가와 상기 부전압 스케일의 눈금의 어느쪽인가가 일치한 것을 검출해, 일치한 눈금끼리의 조합의 상태를 엔코드 수단(5)에 알린다.

엔코드 수단(5)은 논리회로 혹은 마이크로 프로세서등에 의해서 구성되고, 비교수단(2)의 출력에 대응한 부호, 예를들면 2진수를 미리 기억해 두고 있다.

그리고 비교수단(2)에서 출력이 공급될때 이것에 대응하는 2진수를 디지털 출력으로서 출력한다.

이결과 입력전압에 디지털 신호를 얻을 수 있다.

다음으로 상기 A/D 변환기의 동작에 관해서 제2도를 참조해 설명한다.

동 도면(a)은 기준전압 Vref1=기준전압 Vref2×2, m=4, n=3으로 한 경우의 기준전압원(1)의 출력전압(Va∼Vg)를 좌측의 주전압 스케일의 눈금으로서, 레벨 시프트 수단의 출력전압(V1∼V5)을 우측의 부전압 스케일의 눈금으로서 나타내고 있다.

입력전압이 증가함과 동시에 출력전압(V1∼V5)은 제2도(a)∼(e)와 같이 레벨 시프트되고, 출력전압(Va∼Vg) 및 출력전압(V1∼V5) 상호간에서 전위차가 최소, 최대의 쌍은 순차적으로 변화해 간다.

입력전압이「0V」인때는, Va와 V1(및 Vd와 V5)이 일치하고 있지만, 입력전압의 상승에 동반해 전위차가 최소인 쌍은 Vd와 V2, Vc와 V3, Vd와 V4의 순서로 변화하고, 입력전압이 (Vb-Va)가 된때 Ve와 V5(및 Vb와 V1)가 일치한다.

더욱이 입력전압의 증가에 따라 Vc와 V2, Vd와 V3, Ve와 V4, Vf와 V5(및 Vc와 V1) Vd와 V2, Ve와 V3, Vf와 V4·‥과 같이 일치하는 쌍이 순차적으로 변화한다.

따라서 미리 출력전압(Va∼Vg)의 어느쪽과 출력전압(V1∼V5)의 어느쪽과의 조합과 입력전압의 레벨과의 관계를 조사해 두면, 일치한 전압끼리의 출력전압 부호를 아는 것에 의해 입력전압을 판별하는 것이 가능하다.

말하자면 주전압 스케일에 따라서 부전압 스게일 전체를 입력전압의 레벨에 따라 이동해서 양 스케일이 일치한 눈금의 조합으로부터 입력전압의 레벨을 판별하는 것이다.

이 판별결과를 엔코더에서 줘서 입력전압에 대응하는 부호를 발생시키고, 입력전압에 따른 디지털 신호를 얻는다.

이와같은 구성으로 하면 종래의 A/D 변환기에서는 n 비트의 분해능을 갖기 위해 2ⁿ개가 필요했던 저항기가 3×2^n/2개로 끝난다.

예를들면 16비트의 분해능이 필요한 경우, 종래 방식에서는 65,536개의 저항을 필요로 한 것에 대해, 본 발명의 방식에 따르면 768개의 저항이면 족하고, 그 수를 현저하게 감소하는 것이 가능하다.

본 발명의 제2실시예(병렬형 A/D 변환기)에 관해서 제3도를 참조해 설명한다.

동 도면에 있어서 제1도와 대응하는 부분에는 동일 부호를 붙이고 있고, 기준전압원(1)은 기준전압 +Vref와 -Vref 사이에 동일저항이 직렬로 접속원 저항분압회로에 의해서 구성된다.

기준전압원(3)도 저항분압회로에 의해서 구성되지만, 기준전압(1)의 출력전압 Vd와 -Vref가 저항분압회로의 양단에 인가되는 구성으로 하고 있다.

이 때문에 양 저항분압회로를 버퍼앰프를 끼위서 접속해 임피던스를 분리하고 있다.

기준전압(3)의 각 출력전압에는 레벨 시프트 수단인 가산기(4)에 의해서 입력전압이 중첩된다.

비교수단(2)은 레벨 비교기(2a∼2l)에 의해 구성된다.

입력전압이 증가함에 따라 레벨 비교기의 출력은 (2i), (2e), (2a), (2j), (2f), (2b), (2k), (2g), (2c), (2l), (2h), (2d)의 순으로 출력이 반전해 간다.

역시 제4도에 나타난 차동비교형의 비교기를 이용해 한쪽 입력측에 정 및 부의 입력전압을 인가해, 다른쪽 입력측에 전압원(1)측 및 (3)측의 분압출력을 인가하는 구성으로 하는 것에 의해 레벨 시프트 수단(4)으로서 이용한 가산기를 빼는 것이 가능해진다.

이렇게 하면 차동형 회로에 의해 처리되므로 변환 정밀도가 향상한다.

본 발명의 제3실시예(직병렬형 A/D 변환기)에 관해서 제5도를 참조해서 설명한다.

동 도면에 있어서, 제1도와 대응하는 부분에는 동일부호를 붙이고 있고, "1"은 제1의 기준전압원, "3"은 제2의 기준전압원, "4"은 레벨 시프트 수단, "6"은 전환수단, "21"은 하위 비교수단, "22"는 상위 비교수단, "51"은 하위 엔코더, "52"는 상위 엔코더이다.

입력전압은 입력전압과 기준전압원(1)의 분압출력을 비교하는 상위 비교수단(22) 및 이 비교결과에 따른 디지털 출력을 발생하는 상위 엔코더(52)에 의해 상위 비트로 변환한다.

이 디지털 출력의 값에 의해 전환수단(6)을 제어해, 하위 비트 비교수단(21)의 입력을 전환한다. 즉 상위비트 엔코더에서 얻어진 입력전압에 가장 가까운 입력전압을 넘지않는 제1의 기준전압을 P로 한때 P가 입력으로 접속된 경우에 제2의 기준전압의 각 기준전압과 가장 가까운 제2의 각 기준전압에서 큰 제1의 각 기준전압과. 제2의 각 기준전압의 하위 비트 비교수단(21)에서 비교되도록 전환수단(30)을 전환한다.

이와같은 구성으로 하는 것에 의해서 비교수단을 구성하는 레벨 비교기의 수를 큰 폭으로 감소시킨 A/D 변환기를 구성할 수가 있다.

또한 상기 각 실시예에 있어서, 기준전압의 분할수는 필요에 의해 적절히 선택되고, 실시예에 한정되는 것은 아니다.

또 기준전압의 분할방법은 저항분압에 한정되는 것은 아니고, 캐패시터등 다른 방법을 이용할 수 있고, 필요에 의해 적절히 선택한다.

이상 설명한 본 발명의 A/D 변환기는 종래의 A/D 변환방법에 비교해서 기준전압원을 구성하는 저항기의 수를 대폭으로 감소시키는 것이 가능하고, A/D 변환의 정밀도를 종래와 같이 하는 경우에는 IC 회로의 저항패턴면적을 감소시켜 회로의 소형화를 대폭 가능하게 한다.

또 동일 저항패턴면적에서 구성한 경우에는 큰 저항값 정밀도 향상, 나아가서는 A/D 변환정밀도의 향상을 가져온다. 더욱이 레이저 트리밍등을 행해 저항값 정밀도를 향상시키는 경우에도 저항수가 큰 폭으로 감소한 결과, 트리밍을 행하는 저항수가 줄고, 제조가격의 저감에 유리하다.

Claims (20)

1. 제1기준전압을 m 분할하여 다수의 제1기준분압 출력을 발생하는 제1기준분압 출력발생수단; 제2기준전압을 n 분할하여 다수의 제2기준분압 출력을 발생하는 제2기준분압 출력발생수단; A/D 변환될입력전압에 따라서 상기 다수의 제2기준분압 출력을 레벨 쉬프트하여 다수의 제3기준분압 출력을 발생하는 레벨 쉬프트 수단; 상기 다수의 제1기준분압 출력의 각각을 상기 다수의 제3기준분압 출력과 비교하여 가장 적은 전압차를 가지는 상기 제1기준분압 출력과 상기 제3기준분압 출력의 조합을 발생시키는 비교수단; 및 상기 비교수단으로부터 출력된 상기 조합에 대응하여 상기 입력신호로부터 변환된 디지털 신호를 발생하는 엔코더 수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 A/D 변환기.
2. 제1기준전압을 m 분할하여 다수의 제1기준분압 출력을 발생하는 제1기준분압 출력발생수단; A/D 변환될 입력전압에 따라서 상기 제1기준분압 출력중 하나를 레벨 쉬프트하고, 상기 레벨 쉬프트 된 제1기준분압 출력을 발생하는 레벨 쉬프트 수단; 상기 레벨 쉬프트된 제1기준분압 출력을 n 분할하여 다수의 제2기준분압 출력을 발생하는 제2기준분압 출력발생수단 ; 상기 다수의 제1기준분압 출력 각각을 상기 다수의 제2기준분압 출력과 비교하여 가장 작은 전압차를 가지는 상기 제1기준분압 출력과 제2기준분압 출력의 조합을 출력하는 비교수단; 및 상기 비교수단으로부터 출력된 상기 조합에 대응하여 상기 입력신호로부터 변환된 디지털 신호를 발생하는 엔코더 수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 A/D 변환기.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1기준분압 출력발생수단이 상기 제1기준전압을 동등하게 분할하고, 상기 제2기준분압 출력이 상기 제2기준전압을 동등하게 n 분할하며, 상기 m은 상기 n과 같지 않은 것을 특징으로 하는 A/D 변환기.
4. 제3항에 있어서, 상기 제1기준전압과 제2기준전압이 같은 것을 특징으로 하는 A/D 변환기.
5. 제3항에 있어서, 상기 제1기준전압과 상기 제2기준전압이 다르고, 상기 제1기준분압 출력중의 하나가 상기 제2기준전압과 같은 것을 특징으로 하는 A/D 변환기.
6. 제5항에 있어서, 상기 제1기준분압 출력중 하나가 동등하게 r 분할되고, 상기 제2기준전압이 동등하게 s 분할되며, 상기 r과 s가 같지 않은 것을 특징으로 하는 A/D 변환기.
7. 제6항에 있어서, 상기 r과 s가 1이외의 다른 공약수를 갖지 않은 것을 특징으로 하는 A/D 변환기.
8. 제1항에 있어서, 상기 레벨 쉬프트 수단이 상기 제2기준분압 출력을 상기 입력전압에 더하는 것을 특징으로 하는 A/D 변환기.
9. 제3항에 있어서, 상기 레벨 쉬프트 수단이 상기 제2기준분압 출력을 상기 입력전압에 더하는 것을 특징으로 하는 A/D 변환기.
10. 제1항에 있이서, 상기 제2기준전압이 상기 제1기준분압 출력발생수단으로부터 공급되는 것을 특징으로 하는 A/D 변환기.
11. 제3항에 있어서, 상기 제2기준전압이 상기 제1기준분압 출력발생수단으로부터 공급되는 것을 특징으로 하는 A/D 변환기.
12. 제5항에 있어서, 상기 제2기준전압이 상기 제1기준분압 출력발생수단으로부터 공급되는 것을 특징으로 하는 A/D 변환기.
13. 제6항에 있어서, 상기 제2기준전압이 상기 제1기준분압 출력발생수단으로부터 공급되는 것을 특징으로 하는 A/D 변환기.
14. 제7항에 있어서, 상기 제2기준전압이 상기 제1기준분압 출력발생수단으로부터 공급되는 것을 특징으로 하는 A/D 변환기.
15. 제10항에 있어서, 상기 레벨 쉬프트 수단이 상기 비교수단에 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 A/D 변환기.
16. 제11항에 있어서, 상기 레벨 쉬프트 수단이 상기 비교수단에 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 A/D 변환기.
17. 제12항에 있어서, 상기 레벨 쉬프트 수단이 상기 비교수단에 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 A/D 변환기.
18. 제13항에 있어서, 상기 레벨 쉬프트 수단이 상기 비교수단에 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 A/D 변환기
19. 제14항에 있어서, 상기 레벨 쉬프트 수단이 상기 비교수단에 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 A/D 변환기.
20. 제1기준전압을 m 분할하여 다수의 제1기준분압 출력을 발생하는 제1기준분압 출력발생수단; A/D 변환될 입력전압에 따라서 상기 제1기준분압 출력중 하나를 레벨 쉬프트하고, 상기 레벨 쉬프트된 제1기준분압 출력을 발생하는 레벨 쉬프트 수단; 상기 레벨 쉬프트된 제1기준분압 출력을 분할하여 다수의 제2기준분압 출력을 발생하는 제2기준분압 출력발생수단; 상기 제1기준분압 출력중 임의의 다수 분압출력들을 상기 입력전압과 비교하는 제1비교수단, 상기 제1비교수단에서의 출력에 대응하여 상기 입력신호로부터 변환된 상위 레벨의 디지털 신호를 발생하는 제1 엔코더 수단; 상기 제2기준분압 출력을 상기 제1 엔코더 수단으로부터 선택된 상기 제1기준분압 출력의 임의의 하나와 비교하는 제2비교수단; 및 상기 제2비교수단의 출력에 대응하여 상기 입력신호로부터 변환된 하위 레벨의 디지털 신호를 발생하는 제2 엔코더 수단을 포함하여 구성된 것을 특정으로 하는 A/D 변환기.