JP2007295378A - Analog-digital conversion circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数のステップで一変換動作を実行するアナログ/デジタル変換回路に係り、特にパイプライン方式のアナログ/デジタル変換回路に関するものである。 The present invention relates to an analog / digital conversion circuit that performs one conversion operation in a plurality of steps, and more particularly to a pipelined analog / digital conversion circuit.
高速で分解能の高いパイプライン方式のアナログ/デジタル変換(以下、A/D変換と記す)回路は、例えば映像機器や通信装置などの様々なデジタル機器のアナログフロントエンド部に広く用いられている。 Pipeline analog / digital conversion (hereinafter referred to as A / D conversion) circuits with high resolution and high resolution are widely used in analog front-end units of various digital devices such as video devices and communication devices.
図5は、一般的なパイプラインA/D変換回路の構成の一例を示す図である。
パイプラインA/D変換回路は、例えば図5に示すように、入力されるアナログ信号Ainをサンプリングするサンプルホールド部SHと、このサンプリング結果を上位ビット側から段階的にA/D変換する複数段の変換ブロック100−1,100−2,100−3,…と、各変換ブロックのA/D変換結果を加算することによってアナログ信号Ainに対応するデジタル信号Doutを生成するデジタル補正回路103とを有する。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a configuration of a general pipeline A / D conversion circuit.
As shown in FIG. 5, for example, the pipeline A / D conversion circuit includes a sample hold unit SH that samples an input analog signal Ain, and a plurality of stages that perform A / D conversion of the sampling result stepwise from the upper bit side. , And a
変換ブロック100−n(n=1,2,…)は、AD/DA変換部102−nと残差増幅部101−nを有する。
AD/DA変換部102−nは、前段より入力されるアナログ信号を比較的低い分解能でA/D変換し、その変換結果を再びデジタル/アナログ変換(以下、D/A変換と記す)してアナログ信号に戻す。
残差増幅部101−nは、AD/DA変換部102−nにより再生されたアナログ信号と元のアナログ信号との差分を増幅する。AD/DA変換部102−nの分解能を「a」とすると、残差増幅部101−nは例えば「2(a−1)」のゲインを有する。
The conversion block 100-n (n = 1, 2,...) Includes an AD / DA conversion unit 102-n and a residual amplification unit 101-n.
The AD / DA conversion unit 102-n performs A / D conversion on the analog signal input from the previous stage with a relatively low resolution, and again performs digital / analog conversion (hereinafter referred to as D / A conversion) of the conversion result. Return to analog signal.
The residual amplifier 101-n amplifies the difference between the analog signal reproduced by the AD / DA converter 102-n and the original analog signal. When the resolution of the AD / DA conversion unit 102-n is “a”, the residual amplification unit 101-n has a gain of “2 (a−1) ”, for example.
図6は、図5に示すパイプラインA/D変換回路の動作タイミングを説明するための図である。
パイプラインA/D変換回路は、基本的にスイッチトキャパシタ回路として構成されており、各構成要素はクロック信号に同期して動作する。図6の例では、クロック信号の各半周期(ハイレベル又はローレベルの期間)を順番にフェーズφ0,φ1,φ2,…と表している。
各フェーズでは、次のような動作が実行される。
FIG. 6 is a diagram for explaining the operation timing of the pipeline A / D conversion circuit shown in FIG.
The pipeline A / D conversion circuit is basically configured as a switched capacitor circuit, and each component operates in synchronization with a clock signal. In the example of FIG. 6, each half cycle (high level or low level period) of the clock signal is sequentially represented as phases φ0, φ1, φ2,.
In each phase, the following operations are performed.
先ずフェーズφ0において、入力段のサンプルホールド部SHは、アナログ信号Ainをサンプリングする。
フェーズφ1において、サンプルホールド部SHは、フェーズφ0でサンプリングしたアナログ信号Ainを例えば1倍のゲインで増幅して出力する。残差増幅部101−1は、サンプルホールド部SHの出力信号をサンプリングする。AD/DA変換部102−1は、サンプルホールド部SHの出力信号をA/D変換する。
フェーズφ2において、AD/DA変換部102−1は、フェーズφ1でA/D変換したサンプルホールド部SHの出力信号をD/A変換してアナログ信号を再生する。残差増幅部101−1は、AD/DA変換部102−1により再生されたアナログ信号とフェーズφ1でサンプリングしたサンプルホールド部SHの出力信号との差を、例えば2(a−1)倍(a:AD/DA変換部102−1の分解能)のゲインで増幅して出力する。次段の変換ブロック100−2では、残差増幅部101−2が残差増幅部101−1の出力信号をサンプリングし、AD/DA変換部102−2が残差増幅部101−1の出力信号をA/D変換する。
以下、フェーズφ3,φ4,…において同様な動作が繰り返されることにより、フェーズφ1でサンプリングされたアナログ信号Ainは上位ビット側から段階的にA/D変換される。デジタル補正回路103は、フェーズφ1,φ2,φ3,…における変換ブロック100−1,100−2,100−3,…のA/D変換結果を順次取得して加算し、アナログ信号Ainに対応したデジタル信号Doutを生成する。
First, in phase φ0, the sample-and-hold unit SH in the input stage samples the analog signal Ain.
In the phase φ1, the sample hold unit SH amplifies the analog signal Ain sampled in the phase φ0 with a gain of, for example, 1 and outputs it. The residual amplifier 101-1 samples the output signal of the sample and hold unit SH. The AD / DA conversion unit 102-1 A / D converts the output signal of the sample hold unit SH.
In the phase φ2, the AD / DA conversion unit 102-1 performs D / A conversion on the output signal of the sample hold unit SH that has been A / D converted in the phase φ1, and reproduces an analog signal. The residual amplifying unit 101-1 calculates, for example, 2 (a−1) times the difference between the analog signal reproduced by the AD / DA converter 102-1 and the output signal of the sample hold unit SH sampled in phase φ 1 ( a: the resolution of the AD / DA converter 102-1) is amplified and output. In the next conversion block 100-2, the residual amplification unit 101-2 samples the output signal of the residual amplification unit 101-1, and the AD / DA conversion unit 102-2 outputs the output of the residual amplification unit 101-1. A / D-convert the signal.
Thereafter, the same operation is repeated in the phases φ3, φ4,..., Whereby the analog signal Ain sampled in the phase φ1 is A / D converted stepwise from the higher bit side. The
図5に示すパイプラインA/D変換回路において最もクリティカルな動作タイミングは、AD/DA変換部102−nの変換動作である。図6に示すように、AD/DA変換部102−nが変換結果のデジタル信号を確定してそのデジタルデータに相当するアナログ信号を再生するまでに、クロック信号の半周期の時間しか割り当てられていない。図5に示すパイプラインA/D変換回路では、このようなAD/DA変換部102−nの変換時間がネックとなって、クロック信号の周波数をあまり高めることができないため、変換レートを高速化できないという不利益がある。 The most critical operation timing in the pipeline A / D conversion circuit shown in FIG. 5 is the conversion operation of the AD / DA conversion unit 102-n. As shown in FIG. 6, only half the period of the clock signal is allocated until the AD / DA converter 102-n determines the digital signal of the conversion result and reproduces the analog signal corresponding to the digital data. Absent. In the pipeline A / D conversion circuit shown in FIG. 5, since the conversion time of the AD / DA conversion unit 102-n becomes a bottleneck and the frequency of the clock signal cannot be increased so much, the conversion rate is increased. There is a disadvantage that you can not.
上記のような課題を解決するものとして、各変換ブロックにおけるA/D変換動作にクロック信号の1周期の時間を割り当てることが可能なアナログ2重サンプル方式のパイプラインA/D変換回路が知られている(例えば特許文献1を参照)。 An analog double sample pipeline A / D conversion circuit capable of allocating one cycle time of a clock signal to an A / D conversion operation in each conversion block is known as a solution to the above problems. (For example, refer to Patent Document 1).
図7は、アナログ2重サンプリング方式のパイプラインA/D変換回路の構成例を示す図である。
図7に示すA/D変換回路は、図5に示すA/D変換回路における変換ブロック100−1,100−2,100−3,…をそれぞれ変換ブロック100A−1,100A−2,100A−3,…に置き換えたものである。
変換ブロック100A−nは、変換ブロック100−nと同様の構成に加えて、残差増幅部101−nに入力されるアナログ信号に遅延を与えるためのサンプルホールド部103−nを有する。
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of an analog double sampling pipeline A / D conversion circuit.
The A / D conversion circuit shown in FIG. 7 converts the conversion blocks 100-1, 100-2, 100-3,... In the A / D conversion circuit shown in FIG. Replaced by 3, ...
In addition to the same configuration as the conversion block 100-n, the
図8は、図7に示すパイプラインA/D変換回路の動作タイミングを説明するための図である。 FIG. 8 is a diagram for explaining the operation timing of the pipeline A / D conversion circuit shown in FIG.
先ずフェーズφ0において、入力段のサンプルホールド部SHは、アナログ信号Ainをサンプリングする。
フェーズφ1において、入力段のサンプルホールド部SHは、フェーズφ0でサンプリングしたアナログ信号Ainを例えば1倍のゲインで増幅して出力する。サンプルホールド部103−1は、入力段のサンプルホールド部SHの出力信号をサンプリングする。AD/DA変換部102−1は、サンプルホールド部SHの出力信号のA/D変換を開始する。
フェーズφ2において、AD/DA変換部102−1は、フェーズφ1で開始したA/D変換結果を確定する。サンプルホールド部103−1は、フェーズφ1でサンプリングしたアナログ信号を例えば1倍のゲインで増幅して出力する。残差増幅部101−1は、サンプルホールド部103−1の出力信号をサンプリングする。
フェーズφ3において、AD/DA変換部102−1は、フェーズφ2で確定したA/D変換結果のデジタル信号をアナログ信号に変換する。残差増幅部101−1は、フェーズφ2でサンプリングしたサンプルホールド部103−1の出力信号とAD/DA変換部102−1により再生されたアナログ信号との差を、例えば2(a−1)倍(a:AD/DA変換部102−1の分解能)のゲインで増幅して出力する。次段の変換ブロック100−2において、サンプルホールド部103−2は残差増幅部101−1の出力信号をサンプリングし、AD/DA変換部102−2は残差増幅部101−1の出力信号のA/D変換を開始する。
以下、フェーズφ4,φ5,…において同様な動作が繰り返されることにより、フェーズφ1でサンプリングされたアナログ信号Ainは上位ビット側から段階的にA/D変換される。
First, in phase φ0, the sample-and-hold unit SH in the input stage samples the analog signal Ain.
In the phase φ1, the sample-and-hold unit SH in the input stage amplifies the analog signal Ain sampled in the phase φ0 with a gain of, for example, 1 and outputs it. The sample hold unit 103-1 samples the output signal of the sample hold unit SH in the input stage. The AD / DA conversion unit 102-1 starts A / D conversion of the output signal of the sample hold unit SH.
In phase φ2, AD / DA converter 102-1 determines the A / D conversion result started in phase φ1. The sample hold unit 103-1 amplifies the analog signal sampled in the
In the phase φ3, the AD / DA conversion unit 102-1 converts the digital signal of the A / D conversion result determined in the phase φ2 into an analog signal. The residual amplification unit 101-1 calculates the difference between the output signal of the sample hold unit 103-1 sampled in the
Thereafter, the same operation is repeated in the phases φ4, φ5,..., Whereby the analog signal Ain sampled in the phase φ1 is A / D converted stepwise from the upper bit side.
図7に示すアナログ2重サンプリング方式のパイプラインA/D変換回路によれば、サンプルホールド部103−nを設けることによってAD/DA変換部102−1のA/D変換動作にクロック信号の1周期分の時間を確保することが可能となり、図5に示すA/D変換回路のような厳しい動作タイミングの制約を緩和できる。これにより、クロック信号の周波数を高めて変換レートの高速化を図ることが可能になる。また、同じ変換レートで比較した場合、各要素回路に要求される動作速度が緩和されるため、全体の消費電流を減らして低電力化を図ることが可能になる。
しかしながら、図7に示すようにアナログ信号の遅延用のサンプルホールド部103−nを設けると、サンプルホールド部103−nの僅かなゲイン誤差によってA/D変換の単調性が大きく劣化するという不利益がある。 However, if a sample hold unit 103-n for delaying an analog signal is provided as shown in FIG. 7, there is a disadvantage that the monotonicity of A / D conversion is greatly deteriorated by a slight gain error of the sample hold unit 103-n. There is.
図9は、サンプルホールド部103−nのゲイン誤差と単調性の劣化との関係について説明するための図である。
図9(A),(B)の上段は、変換ブロックに入力されるアナログ信号(入力アナログ信号)と、AD/DA変換部102−nにより再生されるアナログ信号(再生アナログ信号)と、サンプルホールド部103−nにより遅延されるアナログ信号(遅延アナログ信号)との関係を示す図である。横軸は入力アナログ信号のレベルを示し、縦軸は各アナログ信号のレベルを示す。
図9(A),(B)の下段は、入力アナログ信号と残差増幅部101−nの出力信号(残差信号)との関係を示す図である。横軸は入力アナログ信号のレベルを示し、縦軸は各アナログ信号のレベルを示す。
FIG. 9 is a diagram for explaining the relationship between the gain error of the sample hold unit 103-n and the deterioration of monotonicity.
9A and 9B show an analog signal (input analog signal) input to the conversion block, an analog signal (reproduced analog signal) reproduced by the AD / DA converter 102-n, and a sample. It is a figure which shows the relationship with the analog signal (delayed analog signal) delayed by the holding | maintenance part 103-n. The horizontal axis indicates the level of the input analog signal, and the vertical axis indicates the level of each analog signal.
9A and 9B are diagrams illustrating the relationship between the input analog signal and the output signal (residual signal) of the residual amplifier 101-n. The horizontal axis indicates the level of the input analog signal, and the vertical axis indicates the level of each analog signal.
サンプルホールド部103−nのゲインが「1」の場合、図9(A)の上段に示すように、遅延アナログ信号はほぼ入力アナログ信号と同じレベルを有する。他方、入力アナログ信号と再生アナログ信号との関係は、AD/DA変換部102−nの入出力特性に対応しており、入力アナログ信号が単調に増加すると、再生アナログ信号はこれに追従して階段状に増加する。AD/DA変換部102−nは、入力アナログ信号を一定のステップで量子化することにより階段状の再生アナログ信号を生成するため、入力アナログ信号から再生アナログ信号を減算した結果は一定のレベル範囲に含まれる。したがって、遅延アナログ信号から再生アナログ信号を減算して増幅した結果である残差信号も、図9(A)の下段に示すように、一定のレベル範囲に含まれる。このレベル範囲は、次段の変換ブロックにおける入力アナログ信号のフルスケール範囲に対応する。 When the gain of the sample hold unit 103-n is “1”, the delayed analog signal has almost the same level as the input analog signal, as shown in the upper part of FIG. On the other hand, the relationship between the input analog signal and the reproduction analog signal corresponds to the input / output characteristics of the AD / DA converter 102-n. When the input analog signal increases monotonously, the reproduction analog signal follows this. It increases in a staircase pattern. Since the AD / DA converter 102-n generates a stepped reproduction analog signal by quantizing the input analog signal in a certain step, the result of subtracting the reproduction analog signal from the input analog signal is in a certain level range. include. Therefore, the residual signal, which is the result of subtracting the reproduced analog signal from the delayed analog signal and amplifying it, is also included in a certain level range as shown in the lower part of FIG. This level range corresponds to the full scale range of the input analog signal in the next conversion block.
ところが、サンプルホールド部103−nのゲインが「1」より小さくなると、図9(B)の上段に示すように、遅延アナログ信号と入力アナログ信号のレベルに差異が生じる。そのため、図9(B)の下段に示すように、残差信号が次段のフルスケール範囲から逸脱してしまい、A/D変換の単調性が劣化してしまう。 However, when the gain of the sample hold unit 103-n becomes smaller than “1”, a difference occurs between the levels of the delayed analog signal and the input analog signal, as shown in the upper part of FIG. 9B. For this reason, as shown in the lower part of FIG. 9B, the residual signal deviates from the full scale range of the next stage, and the monotonicity of the A / D conversion deteriorates.
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数のステップで一変換動作を実行し、その各ステップにおけるA/D変換のタイミングの制約を緩和できるとともに、各ステップにおける増幅ゲインの誤差に起因した単調性の劣化を抑制できるA/D変換回路を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to execute one conversion operation in a plurality of steps, relax the restriction on the timing of A / D conversion in each step, and amplify in each step. An object of the present invention is to provide an A / D conversion circuit capable of suppressing deterioration of monotonicity caused by a gain error.
本発明に係るデジタル/アナログ変換回路は、粗いデジタル値から微細なデジタル値へ段階的にアナログ/デジタル変換を行う複数の縦続接続された変換ブロックを備える。変換ブロックは、入力されるアナログ信号を遅延させる第1サンプルホールド部と、アナログ/デジタル変換を行うアナログ/デジタル変換部と、アナログ/デジタル変換部から出力されるデジタル信号をアナログ信号に変換するデジタル/アナログ変換部と、第1サンプルホールド部から出力される遅延アナログ信号と前記デジタル/アナログ変換部から出力されるアナログ信号との差を増幅して次段の変換ブロックに供給する第2サンプルホールド部とを有する。そして、アナログ/デジタル変換部は、前記入力アナログ信号に応じて上位桁のデジタルコードを決定し、当該上位桁のデジタルコードと前記遅延アナログ信号とに応じて下位桁のデジタルコードを決定する。 The digital / analog conversion circuit according to the present invention includes a plurality of cascade-connected conversion blocks that perform analog / digital conversion step by step from coarse digital values to fine digital values. The conversion block includes a first sample hold unit that delays an input analog signal, an analog / digital conversion unit that performs analog / digital conversion, and a digital signal that converts a digital signal output from the analog / digital conversion unit into an analog signal. / Analog conversion unit, and a second sample hold that amplifies the difference between the delayed analog signal output from the first sample hold unit and the analog signal output from the digital / analog conversion unit and supplies the amplified signal to the next conversion block Part. The analog / digital conversion unit determines a higher-order digital code in accordance with the input analog signal, and determines a lower-order digital code in accordance with the higher-order digital code and the delayed analog signal.
本発明に係るデジタル/アナログ変換回路によれば、縦続接続された複数の変換ブロックに入力されるアナログ信号が、粗いデジタル値から微細なデジタル値へ段階的にデジタル信号に変換される。各変換ブロックでは、前段からの入力アナログ信号が第1サンプルホールド部より遅延アナログ信号として出力され、前記入力アナログ信号と前記遅延アナログ信号とがアナログ/デジタル変換部においてデジタル信号に変換され、当該デジタル信号がデジタル/アナログ変換部においてアナログ信号に変換され、当該アナログ信号と前記遅延アナログ信号との差が第2サンプルホールド部において増幅され、この増幅結果が次段の変換ブロックに供給される。そして、アナログ/デジタル変換部においては、前記入力アナログ信号に応じて上位桁のデジタルコードが決定され、この上位桁のデジタルコードと前記遅延アナログ信号とに応じて下位桁のデジタルコードが決定される。 According to the digital / analog conversion circuit of the present invention, analog signals input to a plurality of cascade-connected conversion blocks are converted into digital signals stepwise from coarse digital values to fine digital values. In each conversion block, the input analog signal from the previous stage is output as a delayed analog signal from the first sample hold unit, and the input analog signal and the delayed analog signal are converted into a digital signal in the analog / digital conversion unit, The signal is converted into an analog signal in the digital / analog conversion unit, the difference between the analog signal and the delayed analog signal is amplified in the second sample hold unit, and the amplification result is supplied to the next conversion block. In the analog / digital conversion unit, the upper digit digital code is determined according to the input analog signal, and the lower digit digital code is determined according to the higher digit digital code and the delayed analog signal. .
好適には、デジタル/アナログ変換部は、前記上位桁のデジタルコードに応じた上位アナログ信号と、前記下位桁のデジタルコードに応じた下位アナログ信号とを生成し、第2サンプルホールド部は、前記遅延アナログ信号と前記上位アナログ信号との差を増幅する上位サンプルホールド部と、上位サンプルホールド部において増幅された信号と前記下位アナログ信号との差を増幅する下位サンプルホールド部とを含む。 Preferably, the digital / analog conversion unit generates an upper analog signal corresponding to the digital code of the upper digit and a lower analog signal corresponding to the digital code of the lower digit, and the second sample hold unit An upper sample hold unit that amplifies the difference between the delayed analog signal and the upper analog signal, and a lower sample hold unit that amplifies the difference between the signal amplified in the upper sample hold unit and the lower analog signal.
本発明によれば、段階的にA/D変換を行う縦続接続された変換ブロックの各々において、前段から入力されるアナログ信号に応じて上位桁のデジタルコードが決定され、当該入力アナログ信号の遅延信号に応じて下位桁のデジタルコードが決定されるため、各変換ブロックにおけるA/D変換のタイミングの制約を緩和できるとともに、変換ブロックにおける増幅ゲインの誤差に起因した単調性の劣化を抑制できる。 According to the present invention, in each of the cascade-connected conversion blocks that perform A / D conversion in stages, a high-order digital code is determined according to the analog signal input from the previous stage, and the delay of the input analog signal is determined. Since the lower-order digital code is determined according to the signal, it is possible to relax the restriction on the A / D conversion timing in each conversion block, and to suppress the monotonic deterioration due to the amplification gain error in the conversion block.
図1は、本発明の実施形態に係るA/D変換回路の構成の一例を示す図である。
図1に示すA/D変換回路は、入力段のサンプルホールド部SH1と、その後段に縦続接続された変換ブロック1−1,1−2,1−3,…と、各変換ブロックのA/D変換結果に基づいてデジタル信号Doutを生成するデジタル補正回路2とを有する。
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of an A / D conversion circuit according to an embodiment of the present invention.
The A / D conversion circuit shown in FIG. 1 includes a sample-and-hold unit SH1 in the input stage, conversion blocks 1-1, 1-2, 1-3,. And a
サンプルホールド部SH1は、入力されるアナログ信号Ainを不図示のクロック信号に同期してサンプリングし、変換ブロック1−1に出力する。 The sample hold unit SH1 samples the input analog signal Ain in synchronization with a clock signal (not shown) and outputs the sampled signal to the conversion block 1-1.
変換ブロック1−n(nは1以上の整数を示す。)は、前段から入力されるアナログ信号をA/D変換して、その変換結果のデジタル信号をデジタル補正回路2へ出力するとともに、当該デジタル信号を更にD/A変換し、その変換結果のアナログ信号と前段からのアナログ信号との差に応じた残差信号を生成し、これをA/D変換すべきアナログ信号として次段に出力する。このA/D変換動作、D/A変換動作、残差信号の生成動作は、それぞれクロック信号に同期して行われる。
The conversion block 1-n (n represents an integer equal to or greater than 1) A / D-converts the analog signal input from the previous stage and outputs a digital signal as a result of the conversion to the
デジタル補正回路2は、変換ブロック1−1,1−2,1−3,…からそれぞれ出力されるデジタル信号に基づいて、例えば各変換ブロックのデジタル信号を加算することにより、アナログ信号AinのA/D変換結果としてのデジタル信号Doutを生成する。
The
図1の例において、変換ブロック1−nは、サンプルホールド部11と、A/D変換部12と、D/A変換部13と、残差増幅部14と、残差増幅部15とを有する。
サンプルホールド部11は、本発明の第1サンプルホールド部の一実施形態である。
A/D変換部12は、本発明のアナログ/デジタル変換部の一実施形態である。
D/A変換部13は、本発明のデジタル/アナログ変換部の一実施形態である。
残差増幅部14及び15を含む回路は、本発明の第2サンプルホールド部の一実施形態である。
残差増幅部14は、本発明の上位サンプルホールド部の一実施形態である。
残差増幅部15は、本発明の下位サンプルホールド部の一実施形態である。
In the example of FIG. 1, the conversion block 1-n includes a
The
The A /
The D /
The circuit including the
The
サンプルホールド部11は、前段から入力されるアナログ信号A1(入力アナログ信号A1)を遅延させる。すなわち、不図示のクロック信号に同期して入力アナログ信号A1をサンプリングする。
The
サンプルホールド部11は、例えば図1に示すように、クロック信号に同期してオンオフするスイッチSW1と、スイッチSW1を介して入力アナログ信号A1が印加されるキャパシタC1と、キャパシタC1の電圧に応じた信号を出力するバッファ増幅器U1とを有する。
サンプリング期間において、スイッチSW1がオンし、入力アナログ信号A1の電圧がキャパシタC1にサンプリングされる。ホールド期間においては、スイッチSW1がオフし、サンプリングされた入力アナログ信号A1の電圧がキャパシタC1に保持され、その電圧値に応じた信号がバッファ増幅器U1から出力される。
バッファ増幅器U1は、例えば1倍のゲインを有しており、キャパシタC1とほぼ同じ電圧を有する信号を出力する。
For example, as shown in FIG. 1, the sample and hold
In the sampling period, the switch SW1 is turned on, and the voltage of the input analog signal A1 is sampled by the capacitor C1. In the hold period, the switch SW1 is turned off, the sampled voltage of the input analog signal A1 is held in the capacitor C1, and a signal corresponding to the voltage value is output from the buffer amplifier U1.
The buffer amplifier U1 has a gain of, for example, 1 and outputs a signal having substantially the same voltage as the capacitor C1.
A/D変換部12は、入力アナログ信号A1及び遅延アナログ信号A2のA/D変換を行う。変換結果として出力するデジタル信号において、上位桁のデジタルコードDUについては入力アナログ信号A1に応じて決定し、下位桁のデジタルコードDLについてはデジタルコードDUと遅延アナログ信号A2とに応じて決定する。A/D変換部12は、例えば後述する図2に示すように、上位桁と下位桁に分けてA/D変換を行う。
The A /
D/A変換部13は、A/D変換部12から出力されるデジタル信号(DU,DL)をアナログ信号(AU,AL)に変換する。すなわち、上位桁のデジタルコードDUを上位アナログ信号AUに変換し、下位桁のデジタルコードDLを下位アナログ信号ALに変換する。
The D /
残差増幅部14,15は、サンプルホールド部11から出力される遅延アナログ信号A2とD/A変換部13から出力されるアナログ信号(AU,AL)との差を増幅し、残差信号として次段の変換ブロックに供給する。図1の例において、残差増幅部14は、遅延アナログ信号A2と上位アナログ信号AUとの差を増幅する。また残差増幅部15は、残差増幅部14において増幅された信号と下位アナログ信号ALとの差を増幅する。
The
残差増幅部14,15のゲインは、例えばA/D変換部12から出力されるデジタルコードDU,DLのビット数に応じて設定される。すなわち、上位桁のデジタルコードDUのビット数が「NU」の場合、残差増幅部14のゲインは「2NU」に設定される。また、下位桁のデジタルコードDLのビット数が「NL」の場合、残差増幅部15のゲインは「2NL」に設定される。
The gains of the
残差増幅部14は、例えば図1に示すように、スイッチSW2,SW3,SW4と、キャパシタC2,C3と、反転増幅器U2とを有する。
スイッチSW2は、サンプルホールド部11の出力端子とキャパシタC2の一方の端子との間に接続される。スイッチSW3は、D/A変換部13の上位アナログ信号AUの出力端子とキャパシタC2の一方の端子との間に接続される。キャパシタC2の一方の端子はスイッチSW2及びSW3に接続され、他方の端子は反転増幅器U2の入力に接続される。スイッチSW4とキャパシタC3は、反転増幅器U2の入出力間に並列に接続される。反転増幅器U2は、入力電圧と基準電圧との差を増幅する。
残差増幅動作は、例えば以下の手順で行われる。
まずサンプル期間において、スイッチSW2,SW4がオンに設定される。スイッチSW4がオンすると、反転増幅器U2の入力と出力は同電位になる。反転増幅器U2のゲインが十分大きい場合、反転増幅器U2の入力電圧は基準電圧とほぼ等しくなるように負帰還制御されるため、反転増幅器U2の入力と出力は基準電圧とほぼ等しくなる。他方、スイッチSW2がオンすることにより、キャパシタC2には遅延アナログ信号A2がサンプリングされる。
次に増幅期間において、スイッチSW2,SW4がオフし、スイッチSW3がオンする。このとき、キャパシタC2には上位アナログ信号AUが入力されるが、反転増幅器U2の入力電圧は引き続き基準電圧と等しくなるように負帰還制御される。そのため、キャパシタC2には、上位アナログ信号AUと遅延アナログ信号A2との差電圧に応じた電荷が充電又は放電され、これと同量の電荷がキャパシタC3に蓄積される。したがって、キャパシタC2の静電容量をキャパシタC3の静電容量のk倍に設定すれば、上位アナログ信号AUと遅延アナログ信号A2との差電圧に対してk倍の電圧がキャパシタC3に発生する。
以上は残差増幅部14の構成例であるが、残差増幅部15においても上記と同様なスイッチトキャパシタ方式の回路構成によって残差増幅を行うことが可能である。
For example, as shown in FIG. 1, the
The switch SW2 is connected between the output terminal of the
The residual amplification operation is performed by the following procedure, for example.
First, in the sample period, the switches SW2 and SW4 are set to ON. When the switch SW4 is turned on, the input and output of the inverting amplifier U2 have the same potential. When the gain of the inverting amplifier U2 is sufficiently large, negative feedback control is performed so that the input voltage of the inverting amplifier U2 is substantially equal to the reference voltage, so that the input and output of the inverting amplifier U2 are substantially equal to the reference voltage. On the other hand, when the switch SW2 is turned on, the delayed analog signal A2 is sampled in the capacitor C2.
Next, in the amplification period, the switches SW2 and SW4 are turned off and the switch SW3 is turned on. At this time, the higher-order analog signal AU is input to the capacitor C2, but negative feedback control is performed so that the input voltage of the inverting amplifier U2 continues to be equal to the reference voltage. Therefore, the capacitor C2 is charged or discharged with a charge corresponding to the voltage difference between the higher-order analog signal AU and the delayed analog signal A2, and the same amount of charge is stored in the capacitor C3. Therefore, if the capacitance of the capacitor C2 is set to k times the capacitance of the capacitor C3, a voltage k times as large as the difference voltage between the higher-order analog signal AU and the delayed analog signal A2 is generated in the capacitor C3.
The above is an example of the configuration of the
次に、A/D変換部12及びD/A変換部13の構成例について、図2を参照して説明する。図2の例では、A/D変換部12、D/A変換部13においてそれぞれ4ビット(上位桁2ビット、下位桁2ビット)の変換が行われる。
Next, configuration examples of the A /
A/D変換部12は、例えば図2に示すように、参照電圧発生部121と、上位桁比較部122と、上位桁生成部123と、選択部124と、下位桁比較部125と、下位桁生成部126と、上位桁補正部127とを有する。
参照電圧発生部121は、本発明の参照電圧発生部の一実施形態である。
上位桁比較部122は、本発明の上位桁比較部の一実施形態である。
上位桁生成部123は、本発明の上位桁生成部の一実施形態である。
下位桁比較部125は、本発明の下位桁比較部の一実施形態である。
下位桁生成部126は、本発明の下位桁生成部の一実施形態である。
上位桁補正部127は、本発明の上位桁補正部の一実施形態である。
For example, as illustrated in FIG. 2, the A /
The
The upper
The upper
The lower
The lower
The upper
参照電圧発生部121は、4ビットのA/D変換を行うために必要な参照電圧VR0〜VR16を生成する。
例えば参照電圧発生部121は、基準電圧VRBとVRT(VRT>VRB)との間に直列接続された抵抗R1〜R16を有する。抵抗R1〜R16は、ほぼ等しい抵抗値を有しており、各抵抗同士の接続点には電圧範囲「VRB」〜「VRT」を16等分する参照電圧VR1〜VR15が発生する。すなわち抵抗Rm(1≦m≦15)と抵抗R(m+1)との接続点に参照電圧VRmが発生する。なお、図2の例において、参照電圧VR0は基準電圧VRBと等しく、参照電圧VR16は基準電圧VRTと等しい。
The reference
For example, the reference
上位桁比較部122は、上位桁のデジタルコードを決定するための参照電圧VR4,VR8,VR12を参照電圧発生部121から入力し、この参照電圧それぞれと入力アナログ信号A1とを比較する。図2の例において、上位桁比較部122は、参照電圧VR4,VR8,VR12と入力アナログ信号A1とを比較する3つの比較器CP11,CP12,CP13を有する。
The upper
上位桁生成部123は、上位桁比較部122の比較結果として出力される3ビットの信号に応じて、上位桁のデジタルコードDUを生成する。すなわち、上位桁比較部122から入力される3ビットの信号を2ビットの2進コードにエンコードし、これをデジタルコードDUとして出力する。
The upper
選択部124は、参照電圧発生部121において発生する参照電圧VR0〜VR16の中から、上位桁のデジタルコードDUに対応する下位桁のデジタルコードDLを決定するための3つの参照電圧を選択する。
例えば、入力アナログ信号A1が電圧範囲「VR4」〜「VR8」に含まれること示すデジタルコードDUが生成された場合、選択部124は、この電圧範囲を4等分する3つの参照電圧VR5,VR6,VR7を選択する。
The
For example, when the digital code DU indicating that the input analog signal A1 is included in the voltage range “VR4” to “VR8” is generated, the
また選択部124は、上位桁のデジタルコードDUに対応する下位桁のデジタルコードDLの範囲より拡張された範囲に含まれるデジタルコードを判定するための参照電圧を、上述した3つの参照電圧に加えて更に選択する。
例えば後述の図3に示すように、入力アナログ信号A1が電圧範囲「VR4」〜「VR8」に含まれることを示す上位桁のデジタルコードDU(=「01」)が生成された場合、選択部124は、このデジタルコードDUに対応する範囲(A1)より「+2」だけ拡張された範囲(A2)に含まれる下位桁のデジタルコードDLを判定するために用いられる2つの参照電圧「VR8」,「VR9」を選択するとともに、デジタルコードDUに対応する範囲(A1)より「−2」だけ拡張された範囲(A3)に含まれる下位桁のデジタルコードDLを判定するために用いられる2つの参照電圧「VR3」,「VR4」を選択する。
The
For example, as shown in FIG. 3 to be described later, when an upper digit digital code DU (= “01”) indicating that the input analog signal A1 is included in the voltage range “VR4” to “VR8” is generated, the
下位桁比較部125は、選択部124において選択された参照電圧それぞれと遅延アナログ信号A2とを比較する。図2の例に示す下位桁比較部125は、選択部124が選択した7つの参照電圧と遅延アナログ信号A2とを比較する7つの比較器CP21,CP22,…,CP27を有する。
The lower
下位桁生成部126は、下位桁比較部125の比較結果として出力される7ビットの信号に応じて下位桁のデジタルコードDLを生成するとともに、このデジタルコードDLが上述の拡張範囲に含まれるか否かを示す補正信号を生成する。
The lower
上位桁補正部127は、下位桁生成部126から出力される補正信号に応じて、上位桁生成部123により生成された上位桁のデジタルコードDUを補正する。
The high-order
図3は、上位桁のデジタルコードDUの補正方法を説明するための図である。
図2に示すA/D変換部12では、上位桁のデジタルコードDUを判定するための上位桁比較部122と、下位桁のデジタルコードDUを判定するための下位桁比較部125とが独立して設けられているため、上位桁のデジタルコードDUの値が変化する境界付近において大きな誤差を生じやすい。例えば、正しい値が「1000」のときに(図3の黒塗りの範囲)、上位桁のデジタルコードDUが微小な誤差の影響で「01」と判定されしまうと、もしこれに何の補正も行わなければ「0100」が変換結果として出力されることになり(図3の斜線の範囲)、50%の誤差が生じてしまう。
このような場合、下位桁比較部125の比較結果は図3に示すような通常範囲A1に含まれておらず、正側の拡張範囲A2に含まれている。そのため、下位桁生成部126は下位桁のデジタルコードDLとして「00」を出力するとともに、このデジタルコードDLが拡張範囲A2に属することを示す補正信号を上位桁補正部127に出力する。上位桁補正部127は、この補正信号を受けて、上位桁のデジタルコードDUに「01」を加算し、その値を「01」から「10」へ補正する。すなわち、下位桁比較部125における拡張範囲の比較結果に応じて、上位桁のデジタルコードDUを補正する。
上記のような補正処理を行うことにより、上位桁のデジタルコードDUの値が変化する境界付近において大きな誤差が生じることを防止して連続性を保つことができる。
FIG. 3 is a diagram for explaining a method of correcting the upper digit digital code DU.
In the A /
In such a case, the comparison result of the lower
By performing the correction process as described above, it is possible to prevent a large error from occurring in the vicinity of the boundary where the value of the high-order digital code DU changes and maintain continuity.
D/A変換部13は、例えば図2に示すように下位用D/A変換部131と上位用D/A変換部132を有する。
下位用D/A変換部131は、下位桁生成部126において生成されるデジタルコードDL(下位2ビット:D0,D1)をD/A変換し、下位アナログ信号ALとして出力する。
上位用D/A変換部132は、上位桁補正部127により補正されたデジタルコードDU(上位2ビット:D2,D3)をD/A変換し、上位アナログ信号AUとして出力する。
The D /
The low-order D / A converter 131 D / A converts the digital code DL (low-
The upper D / A converter 132 D / A converts the digital code DU (upper 2 bits: D2, D3) corrected by the
ここで、上述した構成を有する本実施形態に係るA/D変換回路の動作について、図4を参照して説明する。 Here, the operation of the A / D conversion circuit according to this embodiment having the above-described configuration will be described with reference to FIG.
図4は、サンプルホールド部SH1においてサンプリングされたアナログ信号Ainが変換ブロック1−1においてA/D変換される際の一連の動作(フェーズφ0〜φ4)を説明するための図である。各フェーズは、例えば図4に示すように、クロック信号の半周期(ハイレベル又はローレベルの期間)に相当する。 FIG. 4 is a diagram for explaining a series of operations (phases φ0 to φ4) when the analog signal Ain sampled in the sample hold unit SH1 is A / D converted in the conversion block 1-1. Each phase corresponds to a half cycle (high level or low level period) of the clock signal, for example, as shown in FIG.
[フェーズφ0]
サンプルホールド部SH1は、アナログ信号Ainをサンプリングする。
[Phase φ0]
The sample hold unit SH1 samples the analog signal Ain.
[フェーズφ1]
サンプルホールド部SH1は、フェーズφ0においてサンプリングしたアナログ信号Ainを1倍のゲインで増幅し出力する。また、サンプルホールド部11とA/D変換部12の上位桁比較部122は、入力アナログ信号A1をサンプリングする。
[Phase φ1]
The sample hold unit SH1 amplifies the analog signal Ain sampled in the phase φ0 with a gain of 1 and outputs the amplified signal. The
[フェーズφ2]
サンプルホールド部11は、フェーズφ1においてサンプリングした入力アナログ信号A1の電圧を1倍のゲインで増幅し、これを遅延アナログ信号A2として出力する。これにより、遅延アナログ信号A2は入力アナログ信号A1に対してクロック信号の半周期分遅延した信号となる。
A/D変換部12は、フェーズφ1でサンプリングした入力アナログ信号A1のA/D変換を行う。すなわち、上位桁比較部122が、フェーズφ1でサンプリングした入力アナログ信号A1と参照信号(VR4,VR8,VR12)との比較を行い、上位桁生成部123が、この比較結果に応じた上位桁のデジタルコードDUを生成する。
A/D変換部12の下位桁比較部125と残差増幅部14は、遅延アナログ信号A2のサンプリングを行う。
[Phase φ2]
The
The A /
The lower
[フェーズφ3]
A/D変換部12は、入力アナログ信号A1のA/D変換結果として取得された上位桁のデジタルコードDUに対応する範囲(とその拡張範囲)において、遅延アナログ信号A2のA/D変換を行う。すなわち、上位桁のデジタルコードDUに対応する範囲とこれに隣接する拡張範囲のデジタルコードDLを判定するために用いられる参照電圧を選択部124が選択し、下位桁比較部125に入力する。下位桁比較部125は、選択部124において選択された参照電圧それぞれと遅延アナログ信号A2とを比較する。下位桁生成部126は、その比較結果に応じて、下位桁のデジタルコードDLと上位桁の補正信号を生成する。下位桁生成部126が補正信号を生成することによって、上位桁補正部127の補正内容が決まり、上位桁のデジタルコードDUが確定する。
D/A変換部13は、この上位桁のデジタルコードDUを上位アナログ信号AUに変換する。
残差増幅部14は、フェーズφ2でサンプリングした遅延アナログ信号A2とD/A変換部13から出力される上位アナログ信号AUとの差を増幅して出力する。
残差増幅部15は、残差増幅部14の出力信号をサンプリングする。
[Phase φ3]
The A /
The D /
The
The
[フェーズφ4]
D/A変換部13は、遅延アナログ信号A2のA/D変換結果として取得された下位桁のデジタルコードDLを下位アナログ信号ALに変換する。
残差増幅部15は、フェーズφ3でサンプリングされた残差増幅部14の出力信号とD/A変換部13から出力される下位アナログ信号ALとの差を増幅して出力する。
[Phase φ4]
The D /
変換ブロック1−1は、上述したフェーズφ1〜φ4の動作を順次に実行することにより、サンプルホールド部SH1のサンプリング結果をA/D変換する。後段の各変換ブロック(1−2,1−3,1−4,…)も、上記と同様な動作によって、前段の変換ブロックから供給される残差信号のA/D変換を行う。デジタル補正回路2は、変換ブロック1−1,1−2,1−3,…の各変換結果に基づいて、例えばこれらのデジタル値を加算することにより、デジタル信号Doutを生成する。
The conversion block 1-1 performs A / D conversion on the sampling result of the sample hold unit SH1 by sequentially executing the operations of the phases φ1 to φ4 described above. Each subsequent conversion block (1-2, 1-3, 1-4,...) Also performs A / D conversion of the residual signal supplied from the previous conversion block by the same operation as described above. The
以上説明したように、本実施形態に係るA/D変換回路によれば、縦続接続された変換ブロック1−1,1−2,1−3,…において、粗いデジタル値から微細なデジタル値へ段階的にA/D変換が行われる。各変換ブロック1−nにおいては、前段からの入力アナログ信号A1とこれをサンプルホールド部11(第1サンプルホールド部)において遅延させた遅延アナログ信号A2とがA/D変換部12においてデジタル信号(DU,DL)に変換され、このデジタル信号(DU,DL)がD/A変換部13においてアナログ信号(AU,AL)に変換され、更に、このアナログ信号(AU,AL)と遅延アナログ信号A2との差が残差増幅部14,15(第2サンプルホールド部)において増幅され、当該増幅結果(残差信号)が次段の変換ブロックに供給される。そして、A/D変換部12では、入力アナログ信号A1に応じて上位桁のデジタルコードDUが決定され、この上位桁のデジタルコードDUと遅延アナログ信号A2とに応じて下位桁のデジタルコードDLが決定される。
このように、入力アナログ信号A1をサンプルホールド部11において遅延させ、その遅延アナログ信号A2をA/D変換部12においてA/D変換することから、サンプルホールド部11の遅延時間分だけA/D変換部12の変換時間に余裕を持たせることができるため、A/D変換部12における変換のタイミングの制約を緩和できる。その結果、より周波数の高いクロック信号でも動作可能になり、変換レートを向上できる。また、タイミングの制約を満足できる範囲であれば、A/D変換やD/A変換に関わる回路の消費電流を減らしてその動作速度を落とすこともできるため、消費電力を削減できる。
As described above, according to the A / D conversion circuit according to the present embodiment, in the cascade-connected conversion blocks 1-1, 1-2, 1-3,..., From coarse digital values to fine digital values. A / D conversion is performed step by step. In each conversion block 1-n, an analog signal A1 from the previous stage and a delayed analog signal A2 obtained by delaying the input analog signal A1 in the sample hold unit 11 (first sample hold unit) are converted into digital signals ( DU, DL), the digital signal (DU, DL) is converted into an analog signal (AU, AL) by the D /
In this way, the input analog signal A1 is delayed in the
更に、下位桁のデジタルコードDLが遅延アナログ信号A2に応じて決定されることから、D/A変換部13の出力信号においてデジタルコードDLに応じた下位桁の成分(下位アナログ信号AL)も、遅延アナログ信号A2に応じて決定される。遅延アナログ信号A2と下位アナログ信号ALとの差は、専らA/D変換部12とD/A変換部13の入出力特性に依存し、サンプルホールド部11のゲイン誤差には依存しない。そのため、D/A変換部13の出力信号と遅延アナログ信号A2との差を増幅した結果である残差信号においても、デジタルコードDLに応じた下位桁の成分については、サンプルホールド部11のゲイン誤差に依存しない。このように、残差信号に対するサンプルホールド部11のゲイン誤差の影響を低減できるため、サンプルホールド部11のゲイン誤差に起因した単調性の劣化を効果的に抑制することができる。
Further, since the lower digit digital code DL is determined according to the delayed analog signal A2, the lower digit component (lower analog signal AL) corresponding to the digital code DL in the output signal of the D /
また、本実施形態によれば、D/A変換部13において、上位桁のデジタルコードDUに応じた上位アナログ信号AUと、下位桁のデジタルコードDLに応じた下位アナログ信号ALとがそれぞれ生成される。そして、残差増幅部14において、遅延アナログ信号A2と上位アナログ信号AUとの差が増幅され、残差増幅部15において、残差増幅部14の出力信号と下位アナログ信号ALとの差が増幅され、その増幅結果が残差信号として次段の変換ブロックに供給される。
このように、残差信号の増幅動作を2段に分けて行うことにより、各段のゲインをあまり高くすることなく、全体として高いゲインを得ることができる。
Further, according to the present embodiment, the D /
Thus, by performing the amplification operation of the residual signal in two stages, a high gain as a whole can be obtained without increasing the gain of each stage so much.
例えば、文献「Wenhua(Will)Yang 他4名、“A 3−V 340−mW 14−b 75−Msample/s CMOS ADC with 85−dB SFDR at Nyquist Input”、“IEEE Journal of Solid−State Circuits”、(米国)、2001年12月、VOL.36、No.12、p.1931−1936」によれば、パイプラインA/D変換回路において初段の変換ブロックのビット数を多くすることにより、全体的なA/D変換の直線性を向上できることが知られている。
ビット数を増やすと、残差増幅のゲインもそれに応じて大きくしなくてはならない。ところが、一般的なスイッチトキャパシタ型増幅器では、キャパシタのサイズ比に応じてゲインを設定することから、1段の増幅器で得られるゲインには限界がある。例えば、初段の変換ブロックのビット数を6ビットとすると64倍の残差増幅を行わなくてはならないが、一般的なスイッチトキャパシタ型増幅器では回路サイズが極めて大きくなる等の問題から、1段のみでこのゲインを実現するのは非常に困難である。本実施形態によれば、増幅動作を上位3ビットと下位3ビットの2段に分けて行うため、各段のゲインは8倍で良く、一般的なスイッチトキャパシタ型増幅器でも十分実現可能である。
したがって、本実施形態によれば、初段の変換ブロックのビット数を大きくすることが可能であり、それによりA/D変換の直線性を向上することができる。
For example, the literature “Wenhua (Will) Yang et al.,“ A 3-V 340-mW 14-b 75-Msample / s CMOS ADC with 85-dB SFDR at Nyquist Input Solid ”,“ IEEE Journal of Solid-Solid ”. , (USA), December 2001, VOL.36, No. 12, p.1931- 1936, the pipeline A / D converter circuit increases the number of bits of the first stage conversion block, It is known that the linearity of typical A / D conversion can be improved.
When the number of bits is increased, the residual amplification gain must be increased accordingly. However, in a general switched capacitor type amplifier, the gain is set according to the size ratio of the capacitors, so that there is a limit to the gain that can be obtained with a single-stage amplifier. For example, if the number of bits of the first stage conversion block is 6 bits, 64 times of residual amplification must be performed. However, a general switched capacitor type amplifier has a problem that the circuit size becomes very large, and so on. This gain is very difficult to achieve. According to this embodiment, since the amplification operation is performed in two stages of the upper 3 bits and the lower 3 bits, the gain of each stage may be 8 times, and can be sufficiently realized by a general switched capacitor amplifier.
Therefore, according to the present embodiment, it is possible to increase the number of bits of the first stage conversion block, thereby improving the linearity of A / D conversion.
また、本実施形態によれば、A/D変換部12において、上位桁のデジタルコードDUを決定するための参照電圧(VR4,VR8,VR12)それぞれと入力アナログ信号AUとが上位桁比較部122において比較され、この比較結果に応じた上位桁のデジタルコードDUが上位桁生成部123において生成される。上位桁のデジタルコードDUが生成されると、選択部124では、参照電圧発生部121が発生する複数の参照電圧の中から、上位桁のデジタルコードDUに対応する下位桁のデジタルコードDLを決定するための複数の参照電圧が選択される。そして、この選択された参照電圧それぞれと遅延アナログ信号A2とが下位桁比較部125において比較され、この比較結果に応じた下位桁のデジタルコードDLが下位桁生成部126において生成される。
このように、上位桁と下位桁の2段階に分けてA/D変換を行うことにより、全桁の変換を同時に行う場合に比べて比較器の数を大幅に減らすことが可能となり、回路サイズの小型化と低電力化を図ることができる。
Further, according to the present embodiment, in the A /
In this way, by performing A / D conversion in two stages of upper digits and lower digits, the number of comparators can be greatly reduced compared to the case where all digits are converted simultaneously, and the circuit size can be reduced. Can be reduced in size and power consumption.
しかも、本実施形態によれば、上位桁のデジタルコードDUに対応する下位桁のデジタルコードDLの範囲より拡張された範囲に含まれるデジタルコードを判定するための参照電圧が選択部124において更に選択され、下位桁比較部125において遅延アナログ信号A2と比較される。そして、下位桁生成部126では、この下位桁比較部125の比較結果に応じて、下位桁のデジタルコードDLが上述した拡張範囲に含まれるか否かを示す補正信号が生成され、この補正信号に応じて、上位桁生成部123により生成された上位桁のデジタルコードDUが上位桁補正部127において補正される。
このように、下位桁のA/D変換結果に応じて上位桁のA/D変換結果を補正することにより、上位桁と下位桁の2段階に分けてA/D変換を行う場合であっても、変換結果のデジタル値に不連続な誤差が生じることを有効に防止できる。
また、下位桁のA/D変換結果(デジタルコードDL)は遅延アナログ信号A2に応じて決定されるため、先述の通り、サンプルホールド部11のゲイン誤差に起因した単調性の劣化を生じない。したがって、この下位桁のA/D変換結果(デジタルコードDL)に合わせて上位桁のA/D変換結果を補正することにより、サンプルホールド部11のゲイン誤差に起因した単調性の劣化をより効果的に抑制することができる。
In addition, according to the present embodiment, the
In this way, the A / D conversion is performed in two steps of the upper digit and the lower digit by correcting the A / D conversion result of the upper digit according to the A / D conversion result of the lower digit. However, it is possible to effectively prevent a discontinuous error from occurring in the digital value of the conversion result.
In addition, since the A / D conversion result (digital code DL) of the lower digit is determined according to the delayed analog signal A2, as described above, the monotonic deterioration due to the gain error of the
なお、本発明は上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、種々の変形例を含んでいる。 In addition, this invention is not limited only to embodiment mentioned above, Various modifications are included.
上述した実施形態における変換ブロックの分解能(ビット数)や段数など、説明中に挙げた数値は任意であり、本発明はこれらの数値に限定されない。
また、図1に示すサンプルホールド部や残差増幅部の回路構成、図2に示すA/D変換部12の回路構成などは任意であり、同等な機能を持つ他の回路に変更可能である。
The numerical values given in the description such as the resolution (number of bits) and the number of stages of the conversion block in the embodiment described above are arbitrary, and the present invention is not limited to these numerical values.
Further, the circuit configuration of the sample hold unit and the residual amplification unit shown in FIG. 1 and the circuit configuration of the A /
1−1,1−2,1−3…変換ブロック、2…デジタル補正回路、SH1,11…サンプルホールド部、12…A/D変換部、13…D/A変換部、14,15…残差増幅部、121…基準電圧発生部、122…上位桁比較部、123…上位桁生成部、124…選択部、125…下位桁比較部、126…下位桁生成部、127…上位桁補正部
1-1, 1-2, 1-3 ... conversion block, 2 ... digital correction circuit, SH1, 11 ... sample hold unit, 12 ... A / D conversion unit, 13 ... D / A conversion unit, 14, 15 ... remaining
Claims (5)
前記変換ブロックは、
入力されるアナログ信号を遅延させる第1サンプルホールド部と、
アナログ/デジタル変換を行うアナログ/デジタル変換部と、
前記アナログ/デジタル変換部から出力されるデジタル信号をアナログ信号に変換するデジタル/アナログ変換部と、
前記第1サンプルホールド部から出力される遅延アナログ信号と、前記デジタル/アナログ変換部から出力されるアナログ信号との差を増幅して次段の変換ブロックに供給する第2サンプルホールド部と
を有し、
前記アナログ/デジタル変換部は、前記入力アナログ信号に応じて上位桁のデジタルコードを決定し、当該上位桁のデジタルコードと前記遅延アナログ信号とに応じて下位桁のデジタルコードを決定する、
アナログ/デジタル変換回路。 An analog / digital conversion circuit comprising a plurality of cascaded conversion blocks that perform analog / digital conversion step by step from coarse digital values to fine digital values,
The transformation block is
A first sample and hold unit for delaying an input analog signal;
An analog / digital converter that performs analog / digital conversion;
A digital / analog converter that converts the digital signal output from the analog / digital converter to an analog signal;
A second sample hold unit that amplifies the difference between the delayed analog signal output from the first sample hold unit and the analog signal output from the digital / analog conversion unit and supplies the amplified signal to the next conversion block. And
The analog / digital conversion unit determines an upper digit digital code according to the input analog signal, and determines a lower digit digital code according to the upper digit digital code and the delayed analog signal.
Analog / digital conversion circuit.
前記第2サンプルホールド部は、
前記遅延アナログ信号と前記上位アナログ信号との差を増幅する上位サンプルホールド部と、
前記上位サンプルホールド部において増幅された信号と前記下位アナログ信号との差を増幅する下位サンプルホールド部と
を含む、
請求項1に記載のアナログ/デジタル変換回路。 The digital / analog conversion unit generates an upper analog signal corresponding to the digital code of the upper digit and a lower analog signal corresponding to the digital code of the lower digit,
The second sample and hold unit includes:
An upper sample-and-hold unit that amplifies the difference between the delayed analog signal and the upper analog signal;
A lower sample hold unit that amplifies a difference between the signal amplified in the upper sample hold unit and the lower analog signal;
The analog / digital conversion circuit according to claim 1.
複数の参照電圧を発生する参照電圧発生部と、
前記上位桁のデジタルコードを決定するための1つ又は複数の参照電圧を前記参照電圧発生部から入力し、当該参照電圧それぞれと前記入力アナログ信号とを比較する上位桁比較部と、
前記上位桁比較部の比較結果に応じて前記上位桁のデジタルコードを生成する上位桁生成部と、
前記参照電圧発生部において発生する複数の参照電圧の中から、前記生成された上位桁のデジタルコードに対応する下位桁のデジタルコードを決定するための1つ又は複数の参照電圧を選択する選択部と、
前記選択部において選択された参照電圧それぞれと前記遅延アナログ信号とを比較する下位桁比較部と、
前記下位桁比較部の比較結果に応じて前記下位桁のデジタルコードを生成する下位桁生成部と
を有する、
請求項1に記載のアナログ/デジタル変換回路。 The analog / digital converter is
A reference voltage generator for generating a plurality of reference voltages;
One or more reference voltages for determining the upper digit digital code are input from the reference voltage generation unit, and the upper digit comparison unit for comparing each of the reference voltages with the input analog signal;
An upper digit generation unit that generates a digital code of the upper digit in accordance with a comparison result of the upper digit comparison unit;
A selection unit that selects one or a plurality of reference voltages for determining a lower digit digital code corresponding to the generated higher digit digital code from a plurality of reference voltages generated in the reference voltage generation unit When,
A lower-order digit comparison unit that compares each of the reference voltages selected in the selection unit with the delayed analog signal;
A lower digit generation unit that generates a digital code of the lower digit in accordance with a comparison result of the lower digit comparison unit,
The analog / digital conversion circuit according to claim 1.
前記下位桁生成部は、前記下位桁比較部の比較結果に応じて、前記下位桁のデジタルコードが前記拡張範囲に含まれるか否かを示す補正信号を生成し、
前記アナログ/デジタル変換部は、前記上位桁生成部により生成された上位桁のデジタルコードを前記補正信号に応じて補正する上位桁補正部を含む、
請求項3に記載のアナログ/デジタル変換回路。 The selection unit further selects a reference voltage for determining a digital code included in a range extended from a range of a lower digit digital code corresponding to the generated upper digit digital code,
The lower digit generation unit generates a correction signal indicating whether the digital code of the lower digit is included in the extended range according to a comparison result of the lower digit comparison unit;
The analog / digital conversion unit includes an upper digit correction unit that corrects the digital code of the upper digit generated by the upper digit generation unit according to the correction signal.
The analog / digital conversion circuit according to claim 3.
第1フェーズにおいて、
前記第1サンプルホールド部及び前記アナログ/デジタル変換部は、前記入力アナログ信号をサンプリングし、
第2フェーズにおいて、
前記第1サンプルホールド部は、前記第1フェーズのサンプリング結果を遅延アナログ信号として出力し、
前記アナログ/デジタル変換部は、前記第1フェーズでサンプリングした前記入力アナログ信号のアナログ/デジタル変換を行うとともに、前記第1サンプルホールド部から出力される遅延アナログ信号をサンプリングし、
前記上位サンプルホールド部は、前記第1サンプルホールド部から出力される遅延アナログ信号をサンプリングし、
第3フェーズにおいて、
前記アナログ/デジタル変換部は、前記第2フェーズのアナログ/デジタル変換によって取得した前記上位桁のデジタルコードに対応する範囲において、前記遅延アナログ信号のアナログ/デジタル変換を行い、
前記デジタル/アナログ変換部は、前記上位桁のアナログ/デジタル変換結果をアナログ信号に変換し、
前記上位サンプルホールド部は、前記第2フェーズでサンプリングした前記遅延アナログ信号と前記デジタル/アナログ変換部によって変換された前記上位桁のアナログ信号との差を増幅して出力し、
前記下位サンプルホールド部は、前記上位サンプルホールド部の出力信号をサンプリングし、
第4フェーズにおいて、
前記デジタル/アナログ変換部は、前記下位桁のアナログ/デジタル変換結果をアナログ信号に変換し、
前記下位サンプルホールド部は、前記第3フェーズでサンプリングされた前記上位サンプルホールド部の出力信号と前記デジタル/アナログ変換部によって変換された前記下位桁のアナログ信号との差を増幅して出力する、
請求項2に記載のアナログ/デジタル変換回路。 The conversion block has four phases as operation steps for converting the input analog signal into a digital signal,
In the first phase,
The first sample hold unit and the analog / digital conversion unit sample the input analog signal,
In the second phase,
The first sample and hold unit outputs the sampling result of the first phase as a delayed analog signal,
The analog / digital conversion unit performs analog / digital conversion of the input analog signal sampled in the first phase, samples a delayed analog signal output from the first sample hold unit,
The upper sample hold unit samples the delayed analog signal output from the first sample hold unit,
In the third phase,
The analog / digital conversion unit performs analog / digital conversion of the delayed analog signal in a range corresponding to the high-order digital code acquired by the second phase analog / digital conversion,
The digital / analog conversion unit converts the analog / digital conversion result of the upper digit into an analog signal,
The upper sample hold unit amplifies and outputs the difference between the delayed analog signal sampled in the second phase and the upper digit analog signal converted by the digital / analog conversion unit,
The lower sample hold unit samples the output signal of the upper sample hold unit,
In the fourth phase,
The digital / analog conversion unit converts the analog / digital conversion result of the lower digit into an analog signal,
The lower sample hold unit amplifies and outputs the difference between the output signal of the upper sample hold unit sampled in the third phase and the analog signal of the lower digit converted by the digital / analog conversion unit,
The analog / digital conversion circuit according to claim 2.
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2006
- 2006-04-26 JP JP2006122234A patent/JP2007295378A/en active Pending
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