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JP2017005332A - Cyclic ad converter, digital corrector for cyclic ad converter, and method thereof - Google Patents

Cyclic ad converter, digital corrector for cyclic ad converter, and method thereof Download PDF

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JP2017005332A
JP2017005332A JP2015114398A JP2015114398A JP2017005332A JP 2017005332 A JP2017005332 A JP 2017005332A JP 2015114398 A JP2015114398 A JP 2015114398A JP 2015114398 A JP2015114398 A JP 2015114398A JP 2017005332 A JP2017005332 A JP 2017005332A
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JP
Japan
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cyclic
converter
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digital
stage
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Application number
JP2015114398A
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Japanese (ja)
Inventor
渡部 俊久
Toshihisa Watabe
俊久 渡部
川人 祥二
Shoji Kawahito
祥二 川人
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shizuoka University NUC
Japan Broadcasting Corp
NHK Engineering System Inc
Original Assignee
Shizuoka University NUC
Nippon Hoso Kyokai NHK
NHK Engineering System Inc
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cyclic AD converter capable of automatically measuring an error coefficient based on an error which occurs in the cyclic AD converter at a desired timing, a digital corrector for the cyclic AD converter, and a method thereof.SOLUTION: A cyclic AD converter 1 comprises: a plurality of capacitors C, C, and Cfor cyclic AD conversion and an operational amplifier 12; a sub-AD converter 13; a DAC 11 which generates a voltage value for cyclic AD conversion on the basis of digital output code; a DAC control clock generating unit 14 which controls the DAC 11; switches S, S, S, S, S, and Swhich control switching of operation phases; and switch groups Sand Swhich can be switched so as to achieve a circuit configuration of error coefficient measuring mode of errors which occur. A digital corrector and a method thereof instruct the cyclic AD converter 1 to switch the switch groups S, S, S, S, and S, and perform digital correction.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、巡回型アナログ・デジタル変換器(Cyclic Analog- Digital Converter)の技術に関し、特に、高フレームレートで超高精細のイメージセンサ用の巡回型アナログ・デジタル(AD)変換器、並びに巡回型AD変換器用のデジタル補正器及びその方法に関する。   The present invention relates to a technology of a cyclic analog-digital converter, and in particular, a cyclic analog-to-digital (AD) converter for an image sensor with a high frame rate and an ultra-high definition, and a cyclic type. The present invention relates to a digital corrector for an AD converter and a method thereof.

従来、CMOSイメージセンサに巡回型AD変換器が用いられることが知られている(例えば、非特許文献1参照)。   Conventionally, it is known that a cyclic AD converter is used for a CMOS image sensor (see, for example, Non-Patent Document 1).

特に、近年では、高フレームレートで超高精細のイメージセンサとして、フレームレート120Hzで動作する3300万画素のCMOSイメージセンサの研究開発が行われている(例えば、非特許文献2〜4参照)。   In particular, research and development of a CMOS image sensor with 33 million pixels that operates at a frame rate of 120 Hz has been conducted as an ultra-high-definition image sensor at a high frame rate (see, for example, Non-Patent Documents 2 to 4).

例えば、非特許文献2に開示されるフレームレート120Hzで動作する3300万画素のCMOSイメージセンサでは、1水平走査期間が約1.9μsと短く、その列ごとに配置されるAD変換器には、この期間内に12ビットの変換を行う高速性が求められる。また、当該CMOSイメージセンサでは、そのAD変換器を約8000列に配置することとなるため、低消費電力化も重要な技術課題となっている。これらを満たすAD変換器として、非特許文献2では、2段巡回型AD変換器が提案されている。   For example, in a 33 million pixel CMOS image sensor operating at a frame rate of 120 Hz disclosed in Non-Patent Document 2, one horizontal scanning period is as short as about 1.9 μs, and an AD converter arranged for each column includes: High speed is required to perform 12-bit conversion within this period. In the CMOS image sensor, since the AD converters are arranged in about 8000 rows, low power consumption is also an important technical problem. As an AD converter that satisfies these requirements, Non-Patent Document 2 proposes a two-stage cyclic AD converter.

ここで、より具体的に、図12に示す従来技術における1段構成の巡回型AD変換器について説明し、次に当該1段構成の巡回型AD変換器を2段縦列接続した図14に示す2段巡回型AD変換器と、この2段巡回型AD変換器を適用した当該CMOSイメージセンサの動作タイミングについて簡潔に説明する。   Here, more specifically, the single-stage cyclic AD converter in the prior art shown in FIG. 12 will be described, and then the single-stage cyclic AD converter shown in FIG. The operation timing of the two-stage cyclic AD converter and the CMOS image sensor to which the two-stage cyclic AD converter is applied will be briefly described.

(1段構成の巡回型AD変換器)
まず、図12に示すように、1段構成の巡回型AD変換器1は、スイッチS,S,SMSを有するデジタル・アナログ変換器(DAC:Digital-Analog Converter)11と、1つのオペアンプ(演算増幅器)12と、2段のキャパシタC(C=Cs1+Cs2),Cと、後述する各動作フェーズを切り替え可能とするスイッチS,S,S,S,S,Sと、サブAD変換器(Sub-ADC)13と、DAC制御クロック発生部14と、フェーズ制御クロック発生部15とを備えるよう構成されている。尚、各スイッチは、スイッチトランジスタを用いてオン/オフ制御可能に構成される。DAC制御クロック発生部14は、サブAD変換器(Sub-ADC)13のデジタル出力コードDを基にDAC11を制御するために、スイッチS,SMS,Sを制御する各クロックΦ,ΦMS,Φを発生するよう構成されている。また、フェーズ制御クロック発生部15は、各動作フェーズを制御するために、スイッチS,S,S,S,S,Sを制御する各クロックΦ,Φ,Φ,Φ,Φ,Φを発生するよう構成されている。
(One-stage cyclic AD converter)
First, as shown in FIG. 12, cyclic AD converter 1 of one-stage configuration, the switch S P, S N, a digital-to-analog converter having an S MS: and (DAC Digital-Analog Converter) 11 , 1 single An operational amplifier (operational amplifier) 12, two-stage capacitors C s (C s = C s1 + C s2 ), C f, and switches S R , S S , S 0 , S 1 that can switch each operation phase described later. , S 2 , S 3 , a sub AD converter (Sub-ADC) 13, a DAC control clock generation unit 14, and a phase control clock generation unit 15. Each switch is configured to be capable of on / off control using a switch transistor. The DAC control clock generation unit 14 controls each of the clocks Φ P , S P , S MS , S N to control the DAC 11 based on the digital output code D of the sub AD converter (Sub-ADC) 13. Φ MS and Φ N are configured to be generated. The phase control clock generator 15 controls the clocks Φ S , Φ R , Φ 1 for controlling the switches S S , S R , S 1 , S 2 , S 3 , S 0 in order to control each operation phase. , Φ 2 , Φ 3 , Φ 0 are generated.

図12に示す1段構成の巡回型AD変換器1は、以下に説明するように、4つの動作フェーズに分類できる。Vinはアナログ入力信号であり、VRL,VRHはそれぞれ下限及び上限を定める基準電源の入力端子であり、VCOMは仮想接地を定める接地電源の入力端子である。 The one-stage cyclic AD converter 1 shown in FIG. 12 can be classified into four operation phases as described below. V in is an analog input signal, V RL and V RH are input terminals of a reference power source that define a lower limit and an upper limit, respectively, and V COM is an input terminal of a ground power source that determines a virtual ground.

1)リセットフェーズ
AD変換動作の最初に、スイッチSをオフ、スイッチS,S,S及びSをオンするとともに、DAC11内のスイッチSMSをオンしてキャパシタCs1,Cs2のDAC11側の極板を接続し、キャパシタCs1,Cs2,Cをリセットする。
The first one) reset phase AD conversion operation, the switch S 1 off, while turning on the switch S 2, S 3, S 0 and S R, the capacitor C s1 turns on the switch S MS in DAC 11, C s2 The DAC 11 side electrode plate is connected, and the capacitors C s1 , C s2 , and C f are reset.

2)サンプリングフェーズ
次に、スイッチSをオフ、スイッチSをオンして、入力信号VinをサンプリングしてサブAD変換器13に入力し、{0,1/2,1}の3値によるAD変換を行う。サブAD変換器13は、サブAD変換器13内の2個の比較器(図示せず)によって、判定電圧(VRCH,VRCL)を用いて式(1)のようにデジタル出力コードDを求める。
2) sampling phase then turns off the switch S 0, and turns on the switch S S, samples the input signal V in input to the sub-AD converter 13, the three values of {0, 1 / 2,1} A / D conversion is performed. The sub A / D converter 13 uses the two comparators (not shown) in the sub A / D converter 13 to generate the digital output code D as shown in Expression (1) using the determination voltages (V RCH and V RCL ). Ask.

このように2進数で3値を用いる方式は、1.5ビット冗長方式と呼ばれる。ここで、巡回型AD変換器1によるAD変換のフルスケールは基準電源VRLからVRHまでとしている。また、判定電圧(VRCH,VRCL)は、それぞれ式(2)のように表される。 Such a system using binary values and ternary values is called a 1.5-bit redundancy system. Here, the full scale of the AD conversion by the cyclic AD converter 1 is from the reference power supply VRL to VRH . In addition, the determination voltages (V RCH , V RCL ) are each expressed as Expression (2).

3)2倍増幅フェーズ
次に、スイッチS,S及びSをオフ、スイッチSをオンするとともに、DAC11内のスイッチがサブAD変換器13の出力に基づいて2つの基準電源VRH又はVRLのいずれかをキャパシタCs1,Cs2に接続するように動作することで、入力信号VinがサンプリングされたキャパシタCs1,Cs2の一方の端子を2つの基準電源VRH又はVRLのいずれかに接続し、他方をオペアンプ12の負入力端子に接続する。これにより、オペアンプ12の出力には、入力信号値Vinの2倍からDAC11によるDA変換値が差し引かれた値が現れる。
3) Double Amplification Phase Next, the switches S S , S 3 and S R are turned off, the switch S 0 is turned on, and the switch in the DAC 11 has two reference power sources V RH based on the output of the sub AD converter 13. or V either the RL that operates to connect the capacitor C s1, C s2, the input signal V in is sampled capacitors C s1, C one terminal of s2 2 one reference power supply V RH or V One of the RLs is connected, and the other is connected to the negative input terminal of the operational amplifier 12. Thus, the output of the operational amplifier 12, appears the value DA conversion value is subtracted by DAC11 from twice the input signal value V in.

4)フィードバックフェーズ
次に、スイッチSをオフ、スイッチS,S及びDAC11内のスイッチSMSをオンして、2倍増幅フェーズのアンプ出力を容量Cs1,Cs2の一方の端子(DAC11側) に接続してサンプリングするとともに、サブAD変換器13によってオペアンプ12の出力電圧値Voutに対して{0,1/2,1}の3値によるAD変換を行う。
4) feedback phase then turns off the switch S 2, and turns on the switch S MS in the switch S 1, S 3 and DAC 11, one terminal of the amplifier output of 2-fold amplification phase capacitance C s1, C s2 ( The sub-A / D converter 13 performs AD conversion using the three values {0, 1/2, 1} on the output voltage value V out of the operational amplifier 12.

3)と4)の動作を1サイクルとして所定の回数を繰り返すことにより、当該回数に応じた分解能のAD変換がなされる。いま、VRH=V,VRL=0と仮定し(このように設定しても議論の一般性は失われない)、i回目のサイクルにおけるオペアンプ12の出力をVout(i)とし、そのときのサブAD変換器13のデジタル出力コードをD(i)とすると、i回目のサイクルにおけるオペアンプ12の出力Vout(i)は、式(3)のように表すことができる。 By repeating the operations 3) and 4) as one cycle and repeating a predetermined number of times, AD conversion with a resolution corresponding to the number of times is performed. Now, assuming that V RH = V r , V RL = 0 (the generality of the discussion is not lost even if set in this way), the output of the operational amplifier 12 in the i-th cycle is V out (i), Assuming that the digital output code of the sub AD converter 13 at that time is D (i), the output V out (i) of the operational amplifier 12 in the i-th cycle can be expressed as in Expression (3).

ここで、C=Cs1+Cs2である。このとき、C=Cであれば、式(3)のように表すことができる。 Here, C s = C s1 + C s2 . At this time, if C s = C f , it can be expressed as in Expression (3).

式(4)で表される変換特性を図示すると、図13のようになる。このように1サイクルあたり出力電圧値Voutに対して{0,1/2,1}の3値のデジタル出力コードD(i)に対応するデジタル出力が得られるため、このデジタル出力コードD(i)に対応するデジタル出力は2ビット長でそれぞれ00,01,10と表すことができる。そして、N回の巡回を行うたびに、DAC11は、このデジタル出力コードD(i)が当該3値の{0}であれば「Sをオフ、S,SMSをオン」とし、デジタル出力コードD(i)が当該3値の{1/2}であれば「S,Sをオン、SMSをオフ」とし、デジタル出力コードD(i)が当該3値の{1}であれば「S,SMSをオン、Sをオフ」としてDA変換値を出力する。一般に、N−1回の巡回による冗長Nビットにより、N+1ビットの分解能のAD変換を行うことができる。 The conversion characteristic represented by Equation (4) is illustrated in FIG. Thus, since a digital output corresponding to the ternary digital output code D (i) of {0, 1/2, 1} with respect to the output voltage value Vout per cycle is obtained, this digital output code D ( The digital output corresponding to i) is 2 bits long and can be expressed as 00, 01, 10 respectively. Then, each time of performing N times of patrol, DAC 11 is to the digital output code D (i) is if {0} of the three values "S P OFF, S N, on the S MS" and digital If the output code D (i) is {1/2} of the ternary value, “ SP and SN are turned on and SMS is turned off”, and the digital output code D (i) is {1} of the ternary value. if "S P, on the S MS, off S N" outputs a DA converted value as. In general, AD conversion with a resolution of N + 1 bits can be performed by redundant N bits by N-1 cycles.

(2段巡回型AD変換器)
図14に、図12に示す巡回型AD変換器を2段縦列接続して、2段巡回型AD変換器1として構成した例を示している。尚、図14において1段目の巡回型AD変換器1aと2段目の巡回型AD変換器1bとの間で対応する構成要素には、それぞれ参照符号に添字A,B(又はa,b)を付している。この2段巡回型AD変換器1は、Nビットの分解能を、1段目の巡回型AD変換器1aで上位Mビット、2段目の巡回型AD変換器1bで下位N−Mビットに分割してAD変換するよう構成される。まず、1段目の巡回型AD変換器1aで、先に説明した動作方式にしたがって、3)と4)の動作フェーズをM−1サイクル繰り返して、上位Mビットをデジタル出力DとしてAD変換する。ここで、M−1サイクル目の3)に示した動作の間に、スイッチSSBをオンして1段目の巡回型AD変換器1aのアナログ出力と2段目の巡回型AD変換器1bの入力を接続する。このとき、2段目の巡回型AD変換器1bは2)に示した動作を行い、1段目の巡回型AD変換器1aの出力が2段目の巡回型AD変換器1bに入力、サンプルされる。この後、スイッチSSBをオフして2段目の巡回型AD変換器1bを1段目の巡回型AD変換器1aから切り離し、3)と4)のサイクルをN−M回繰り返すことで、2段目の巡回型AD変換器1bにおいて残りの下位N−Mビットをデジタル出力DとしてAD変換することができる。
(Two-stage cyclic AD converter)
FIG. 14 shows an example in which the cyclic AD converter shown in FIG. 12 is connected in two stages in cascade to form the two-stage cyclic AD converter 1. In FIG. 14, components corresponding to those between the first-stage cyclic AD converter 1a and the second-stage cyclic AD converter 1b are denoted by subscripts A and B (or a, b) respectively. ) Is attached. The two-stage cyclic AD converter 1, a resolution of N F bits, upper M bits in the first stage of the cyclic AD converter 1a, lower N F -M bit second-stage cyclic AD converter 1b It is configured to perform AD conversion by dividing the image into two. First, in cyclic AD converter 1a in the first stage, according to the operation method described above, 3) and 4 the operation phase) is repeated M-1 cycles, AD converts the M upper bits as a digital output D A To do. Here, during the operation shown in 3) of the M-1 cycle, the switch S SB is turned on, the analog output of the first-stage cyclic AD converter 1a and the second-stage cyclic AD converter 1b. Connect the input. At this time, the second-stage cyclic AD converter 1b performs the operation shown in 2), and the output of the first-stage cyclic AD converter 1a is input to the second-stage cyclic AD converter 1b. Is done. Thereafter, the switch SSB is turned off to disconnect the second-stage cyclic AD converter 1b from the first-stage cyclic AD converter 1a, and the cycles of 3) and 4) are repeated N F -M times. , it is possible to AD convert remaining lower N F -M bits as a digital output D B in cyclic AD converter 1b in the second stage.

(2段巡回型AD変換器を適用した当該CMOSイメージセンサの動作タイミング)
2段巡回型AD変換器1を各列に配置したCMOSイメージセンサでは、1画素の信号を1段目の巡回型AD変換器1aで上位MビットをAD変換した後、2段目の巡回型AD変換器1bで残りの下位N−MビットをAD変換するとき、1段目の巡回型AD変換器1aでは次行の画素信号が入力され、同様に上位MビットをAD変換する。このように1段目の巡回型AD変換器1aと2段目の巡回型AD変換器1bの間でパイプライン並列動作を行うことで、実効的な変換速度を高くすることができる。例えば、N=12、M=4のときの動作タイミングを図15に示している。
(Operation timing of the CMOS image sensor to which a two-stage cyclic AD converter is applied)
In the CMOS image sensor in which the two-stage cyclic AD converter 1 is arranged in each column, the signal of one pixel is AD-converted by the first-stage cyclic AD converter 1a, and then the second-stage cyclic type is converted. When the AD converter 1b AD-converts the remaining lower N F -M bits, the first-stage cyclic AD converter 1a receives the pixel signal of the next row and similarly AD converts the upper M bits. Thus, by performing pipeline parallel operation between the first-stage cyclic AD converter 1a and the second-stage cyclic AD converter 1b, the effective conversion speed can be increased. For example, the operation timing when N F = 12 and M = 4 is shown in FIG.

図15において、上記説明の1)の動作をR(リセット)、2)の動作をS(サンプル)、3)の動作をA(アンプ)、4)の動作をF(フィードバック)と表している。また、“R”,“S”に並んで表記する1〜12の数値は、各段の巡回型AD変換器1a,1bがAD変換するビット深度を示している。CMOSイメージセンサの画素信号は、画素信号リセットパルスによりリセット後、画素転送パルスにより出力され、1段目の巡回型AD変換器1aにおけるスイッチSのオン/オフを制御するクロックΦSAによりサンプリングされる。このサンプリングされた1段目の巡回型AD変換器1aのアナログ出力は、スイッチSのオン/オフを制御するクロックΦSBにより2段目の巡回型AD変換器1bに転送される。このとき1段目の巡回型AD変換器(1段目ADC)1aと2段目の巡回型AD変換器(2段目ADC)1bの間でパイプライン並列動作を行うことで、1段目の巡回型AD変換器1aのアナログ出力を残りの下位8ビットをAD変換するときには、1段目の巡回型AD変換器1aでは、クロックΦSAにより次行の画素信号をサンプルしAD変換しているため、実効的な変換速度を高くすることができる。 In FIG. 15, the operation 1) in the above description is R (reset), the operation 2) is S (sample), the operation 3) is A (amplifier), and the operation 4) is F (feedback). . Also, the numerical values 1 to 12 described alongside “R” and “S” indicate the bit depth at which each stage of the cyclic AD converters 1a and 1b performs AD conversion. Pixel signal of the CMOS image sensor, after resetting the pixel signals a reset pulse is output by the pixel transfer pulse is sampled by the clock [Phi SA for controlling ON / OFF of the switches S A in the first stage of the cyclic AD converter 1a The The analog output of the sampled first stage of the cyclic AD converter 1a is transferred by a clock [Phi SB for controlling the on / off switch S B to the second-stage cyclic AD converter 1b. At this time, a pipeline parallel operation is performed between the first-stage cyclic AD converter (first-stage ADC) 1a and the second-stage cyclic AD converter (second-stage ADC) 1b. the analog output of the cyclic AD converter 1a remaining lower 8 bits when AD conversion, the first stage of the cyclic AD converter 1a, the pixel signal of the next line samples to AD conversion by the clock [Phi SA Therefore, the effective conversion speed can be increased.

尚、非特許文献2に開示されるような高フレームレート・超高精細のCMOSイメージセンサに求められる高速、高精度、小面積という条件を満たす巡回型AD変換器や、それを2段縦続に接続した2段巡回型AD変換器において、AD変換特性の悪化をもたらすアナログ回路部で発生する誤差をAD変換後のデジタル出力コードによりデジタル領域で補正することができることも知られている(例えば、非特許文献5,6参照)。   In addition, a cyclic AD converter that satisfies the conditions of high speed, high accuracy, and a small area required for a CMOS image sensor with a high frame rate and an ultra-high definition as disclosed in Non-Patent Document 2, or a two-stage cascaded AD converter It is also known that, in a connected two-stage cyclic AD converter, an error generated in an analog circuit unit that deteriorates AD conversion characteristics can be corrected in the digital domain by a digital output code after AD conversion (for example, Non-patent documents 5 and 6).

相澤清晴・浜本隆之 編著/黒田隆男・中村淳一・高橋秀和・川人祥二・太田 淳 共著,“CMOSイメージセンサ”、映像情報メディア学会編、コロナ社、pp.169-174,2012年7月発行Edited by Kiyoharu Aizawa and Takayuki Hamamoto / Takao Kuroda, Junichi Nakamura, Hidekazu Takahashi, Shoji Kawahito, Jun Ota, “CMOS Image Sensor”, The Institute of Image Information and Television Engineers, Corona Publishing Co. 渡部俊久, 他, “12ビットカラム並列サイクリックADCを用いた3300万画素120fps CMOSイメージセンサ,” 映像情報メディア学会技術報告, vol. 34, No. 18, IST2013-13, CE2012-25, pp. 31-36, 2012.Toshihisa Watanabe, et al., “33-megapixel 120fps CMOS image sensor using 12-bit column parallel cyclic ADC,” ITE Technical Report, vol. 34, No. 18, IST2013-13, CE2012-25, pp. 31-36, 2012. T. Watabe, et al., “A 33Mpixel 120fps CMOS Image Sensor Using 12b Column-Parallel Pipelined Cyclic ADCs,” ISSCC Dig. Tech Papers, pp.388-389, 2012.T. Watabe, et al., “A 33Mpixel 120fps CMOS Image Sensor Using 12b Column-Parallel Pipelined Cyclic ADCs,” ISSCC Dig. Tech Papers, pp.388-389, 2012. K. Kitamura, et al., “A 33-Megapixel 120-Frames-Per-Second 2.5-Watt CMOS Image Sensor With Column-Parallel Two-Stage Cyclic Analog-to-Digital Converters,” IEEE Trans. Electron Devices, Vol.59, No.12, pp.3426-3433, 2012.K. Kitamura, et al., “A 33-Megapixel 120-Frames-Per-Second 2.5-Watt CMOS Image Sensor With Column-Parallel Two-Stage Cyclic Analog-to-Digital Converters,” IEEE Trans. Electron Devices, Vol. 59, No.12, pp.3426-3433, 2012. T. Watabe,et al., “Digital Calibration Algorithm for a 2-Stage Cyclic Analog-to-Digital Converter Used in a 33-Mpixel 120-fps SHV CMOS Image Sensor,” ITE Trans. Media Technology and Applications, Vol. 2, No. 2, pp. 102-107, 2014.T. Watabe, et al., “Digital Calibration Algorithm for a 2-Stage Cyclic Analog-to-Digital Converter Used in a 33-Mpixel 120-fps SHV CMOS Image Sensor,” ITE Trans. Media Technology and Applications, Vol. 2 , No. 2, pp. 102-107, 2014. T. Watabe,et al., “A Digitally-Calibrated 2-Stage Cyclic ADC for a 33-Mpixel 120-fps Super High-Vision CMOS Image Sensor,” in Proc. IEEE SENSORS, pp. 66-69, 2014.T. Watabe, et al., “A Digitally-Calibrated 2-Stage Cyclic ADC for a 33-Mpixel 120-fps Super High-Vision CMOS Image Sensor,” in Proc. IEEE SENSORS, pp. 66-69, 2014.

前述したように、非特許文献5,6では、高フレームレート・超高精細のCMOSイメージセンサに求められる高速、高精度、小面積という条件を満たす巡回型AD変換器や、それを2段縦続に接続した2段巡回型AD変換器において、AD変換特性の悪化をもたらすアナログ回路部で発生する誤差をAD変換後のデジタル出力コードによりデジタル領域で補正することが示されている。   As described above, in Non-Patent Documents 5 and 6, a cyclic AD converter that satisfies the conditions of high speed, high accuracy, and a small area required for a high frame rate / ultra high definition CMOS image sensor, or two stages thereof are cascaded. In the two-stage cyclic AD converter connected to the AD converter, it is shown that an error generated in an analog circuit unit that deteriorates AD conversion characteristics is corrected in the digital domain by a digital output code after AD conversion.

しかしながら、その従来技法では、誤差を記述するパラメータである誤差係数の値を、正確に求めるために、各構成要素の設計上で推定される誤差係数を基にトライ・アンド・エラーを繰り返して最終的な誤差係数を決定し固有の値として保持するように構成しているため、固体ばらつきを吸収するのが容易ではなく、更には温度変化等の誤差の時間変化に対応できないといった問題があった。このため、高精度のデジタル補正が実現できないという問題があった。   However, in the conventional technique, in order to accurately obtain the value of the error coefficient that is a parameter describing the error, trial and error are repeatedly performed based on the error coefficient estimated in the design of each component, and the final result is obtained. Because it is configured to determine a specific error coefficient and hold it as a unique value, it is not easy to absorb variations in solids, and furthermore, there is a problem that it cannot cope with a time change of an error such as a temperature change. . For this reason, there has been a problem that high-precision digital correction cannot be realized.

また、AD変換回路を構成するアナログ回路部は様々な誤差を含んでいるため、実際の出力は式(3)のようには表現できない。図16は、図12に示す巡回型AD変換器1で発生するこれらの誤差の要因を示している。それぞれの誤差(及びその誤差係数)について、以下に説明する。   In addition, since the analog circuit part constituting the AD conversion circuit includes various errors, the actual output cannot be expressed as in Expression (3). FIG. 16 shows factors of these errors generated in the cyclic AD converter 1 shown in FIG. Each error (and its error coefficient) will be described below.

(容量ミスマッチ誤差)
図12に示す巡回型AD変換器1のキャパシタC(=Cs1+Cs2)とCの間には、キャパシタの製造誤差に起因した容量ミスマッチ誤差ΔC= C−Cが含まれるため、式(3)は、式(5)のように表される。
(Capacity mismatch error)
Since a capacitance mismatch error ΔC = C s −C f due to a capacitor manufacturing error is included between the capacitors C s (= C s1 + C s2 ) and C f of the cyclic AD converter 1 shown in FIG. Equation (3) is expressed as Equation (5).

式(5)に示すように、容量ミスマッチ誤差ΔCにより、増幅率が2倍からずれることになる。また、{0,1/2,1}の3値のデジタル出力コードDについて、キャパシタCs1とCs2との間に容量ミスマッチ誤差ΔC=Cs1−Cs2が含まれる場合は、図13に示す入出力特性のD=1/2の領域の直線に誤差が生じ、式(5)は式(6)のように書き換えられる。 As shown in equation (5), the amplification factor deviates from twice due to the capacitance mismatch error ΔC. For a ternary digital output code D of {0, 1/2, 1}, when a capacitance mismatch error ΔC s = C s1 −C s2 is included between the capacitors C s1 and C s2 , FIG. An error occurs in the straight line in the D = 1/2 region of the input / output characteristics shown in FIG.

ここで、D(i)はD(i)により定まる定数で、D(i)=0又は1のときはD(i)=0、D(i)=1/2のときはD(i)=1となる。容量ミスマッチ誤差の各誤差係数をe=ΔC/C、ems=ΔC/Cと定義すると、式(6)は、式(7)のように表すことができる。 Here, D s (i) is a constant determined by D (i). When D (i) = 0 or 1, D s (i) = 0, and when D (i) = 1/2, D s (I) = 1. If each error coefficient of the capacity mismatch error is defined as e m = ΔC / C f and e ms = ΔC s / C s , the equation (6) can be expressed as the equation (7).

したがって、式(7)をデジタル領域で表すと、式(8)となる。   Therefore, when Expression (7) is expressed in the digital domain, Expression (8) is obtained.

ここで、X(i) = Vout(i)/Vとした。式(8)において、各誤差係数e,emsは十分小さいため、これらの積e・emsの項を無視すると、i回目のサイクルにおける容量ミスマッチ誤差E(i)は、式(9)のように表すことができる。 Here, X (i) = Vout (i) / Vr . In the equation (8), the error coefficients e m and e ms are sufficiently small. Therefore , when the term of the product e m · e ms is ignored, the capacity mismatch error E m (i) in the i-th cycle is expressed by the equation (8). 9).

Nビット変換後の容量ミスマッチ誤差の合計は、i=1からN−1までのE(i)を積算することで求められる。1段構成の巡回型AD変換器1におけるNビット変換後の容量ミスマッチ誤差の合計は、式(10)のように表すことができる。 The sum of capacity mismatch errors after N-bit conversion is obtained by integrating E m (i) from i = 1 to N−1. The sum of capacity mismatch errors after N-bit conversion in the one-stage cyclic AD converter 1 can be expressed as shown in Equation (10).

ここで、デジタル出力コードに含まれる誤差が十分小さいものとして、式(8)に示すX(i)は、式(11)のように近似できる。   Here, assuming that the error included in the digital output code is sufficiently small, X (i) shown in Expression (8) can be approximated as shown in Expression (11).

ここで、iはAD変換回路の分解能がNビットのとき、0からN−1の範囲の整数値をとる。式(11)を式(10)に代入することで、容量ミスマッチ誤差の合計は、式(12)のように表される。   Here, i takes an integer value ranging from 0 to N-1 when the resolution of the AD converter circuit is N bits. By substituting equation (11) into equation (10), the total capacity mismatch error is expressed as equation (12).

一方、図14に示す2段巡回型AD変換器1におけるNビット変換後の容量ミスマッチ誤差の合計は、1段目の巡回型AD変換器1aで行われる最初のMビットのAD変換と、2段目の巡回型AD変換器1bで行われる残りのN−MビットのAD変換を別々に計算することにより、式(13)のように表される。   On the other hand, the sum of the capacity mismatch errors after N-bit conversion in the two-stage cyclic AD converter 1 shown in FIG. 14 is equal to the first M-bit AD conversion performed by the first-stage cyclic AD converter 1a and 2 By separately calculating the remaining NM bits of AD conversion performed by the cyclic AD converter 1b at the stage, the following expression (13) is obtained.

ここで、emA及びemBは、それぞれ1段目の巡回型AD変換器1aのキャパシタCsAとCfAとの間のミスマッチ誤差の誤差係数、及び2段目の巡回型AD変換器1bのキャパシタCsBとCfBとの間の容量ミスマッチ誤差の誤差係数を表し、emsA及びemsBは、それぞれ1段目の巡回型AD変換器1aのキャパシタCs1AとCs2Aとの間の容量ミスマッチ誤差の誤差係数、及び2段目の巡回型AD変換器1bのキャパシタCs1BとCs2Bとの間の容量ミスマッチ誤差の誤差係数を表す。したがって、式(11)を式(13)に代入することで、例えばN=12、M=4のときの容量ミスマッチ誤差の合計は、式(14)のように表される。 Here, e mA and e mB are the error coefficient of mismatch error between the capacitors C sA and C fA of the first-stage cyclic AD converter 1a and the second-stage cyclic AD converter 1b, respectively. Represents the error coefficient of the capacitance mismatch error between the capacitors C sB and C fB , where e msA and e msB are capacitance mismatches between the capacitors C s1A and C s2A of the first-stage cyclic AD converter 1a, respectively. The error coefficient of the error and the error coefficient of the capacity mismatch error between the capacitors C s1B and C s2B of the second-stage cyclic AD converter 1b are shown. Therefore, by substituting Equation (11) into Equation (13), for example, the sum of the capacity mismatch errors when N = 12, M = 4 is expressed as Equation (14).

(アンプの有限ゲイン誤差)
図12に示す巡回型AD変換器1において、オペアンプ12の開ループゲインを無限大と仮定した場合は、オペアンプ12の負入力は仮想接地(VCOM) となり、2倍増幅回路の閉ループゲインは容量CとCの比のみで決定するため、C=Cとすると、2倍増幅フェーズにおける入出力特性は式(4)で表される理想的な形となるが、実際の開ループゲインは有限なため、式(15)のように表される。
(Finite amplifier gain error)
In the cyclic AD converter 1 shown in FIG. 12, when the open-loop gain of the operational amplifier 12 is assumed to be infinite, the negative input of the operational amplifier 12 becomes virtual ground (V COM ), and the closed-loop gain of the double amplification circuit is a capacitance. Since it is determined only by the ratio of C s to C f , if C s = C f , the input / output characteristics in the double amplification phase have the ideal form expressed by Equation (4), but the actual open loop Since the gain is finite, it is expressed as in equation (15).

ここで、G及びCは、それぞれオペアンプ12の開ループゲインおよび入力容量を表す。有限ゲイン誤差の誤差係数をefg=(C+C+C)/(C・G)と定義し、式(15)をデジタル領域で表すと、式(16)のように表される。 Here, G 0 and C i represent the open loop gain and input capacitance of the operational amplifier 12, respectively. When the error coefficient of the finite gain error is defined as e fg = (C s + C f + C i ) / (C f · G 0 ) and Expression (15) is expressed in the digital domain, it is expressed as Expression (16). The

したがって、i回目のサイクルにおける有限ゲイン誤差Efg(i)は、式(17)のように表される。 Therefore, the finite gain error E fg (i) in the i-th cycle is expressed as in Expression (17).

このため、1段構成の巡回型AD変換器1におけるNビット変換後の有限ゲイン誤差の合計は、式(18)のように表される。   For this reason, the sum of the finite gain errors after the N-bit conversion in the one-stage cyclic AD converter 1 is expressed as in Expression (18).

式(11)を式(18)に代入することで、有限ゲイン誤差の合計は、有限ゲイン誤差の誤差係数efgとデジタル出力コードD(i)により、式(19)のように表される。 By substituting equation (11) into equation (18), the total finite gain error is expressed as equation (19) by the error coefficient e fg of the finite gain error and the digital output code D (i). .

一方、図14に示す2段巡回型AD変換器1におけるNビット変換後の有限ゲイン誤差の合計は、1段目の巡回型AD変換器1aで行われる最初のMビットのAD変換と、2段目の巡回型AD変換器1bで行われる残りのN−MビットのAD変換を別々に計算することにより、式(20)のように表される。   On the other hand, the sum of the finite gain errors after N-bit conversion in the two-stage cyclic AD converter 1 shown in FIG. 14 is equal to the first M-bit AD conversion performed by the first-stage cyclic AD converter 1a and 2 By separately calculating the remaining NM bits of AD conversion performed by the cyclic AD converter 1b at the stage, the following expression (20) is obtained.

ここで、efgA及びefgBは、それぞれ1段目及び2段目の巡回型AD変換回路の有限ゲイン誤差の誤差係数を表す。式(11)を式(20)に代入することで、例えばN=12, M=4のときの有限ゲイン誤差の合計は、式(21)のように表される。 Here, e fgA and e fgB represent error coefficients of finite gain errors of the first-stage and second-stage cyclic AD converter circuits, respectively. By substituting equation (11) into equation (20), for example, the sum of finite gain errors when N = 12, M = 4 is expressed as equation (21).

(アンプのセットリング誤差)
図12に示す巡回型AD変換器1において、オペアンプ12の帯域は有限なため、有限な時間内における出力が理想値(無限大の時間における出力)からずれることによるセットリング誤差を生じる。セットリング誤差係数をestとすると、実際の入出力特性は、式(22)のように表される。
(Amplifier settling error)
In the cyclic AD converter 1 shown in FIG. 12, since the band of the operational amplifier 12 is finite, a settling error occurs due to an output within a finite time being deviated from an ideal value (an output at an infinite time). Assuming that the settling error coefficient is est , the actual input / output characteristics are expressed as in Expression (22).

式(22)をデジタル領域で表すと、式(23)となる。   When Expression (22) is expressed in the digital domain, Expression (23) is obtained.

したがって、i回目のサイクルにおけるセットリング誤差Est(i)は、式(24)のように表される。 Therefore, the settling error E st (i) in the i-th cycle is expressed as in Expression (24).

このため、1段構成の巡回型AD変換器1におけるNビット変換後のセットリング誤差の合計は、式(25)のように表される。   For this reason, the total settling error after the N-bit conversion in the one-stage cyclic AD converter 1 is expressed as in Expression (25).

式(11)を式(25)に代入することで、セットリング誤差の合計は、セットリング誤差係数est とデジタル出力コードD(i)により、式(26)のように表される。 By substituting equation (11) into equation (25), the total settling error is expressed by equation (26) from the settling error coefficient est and the digital output code D (i).

一方、図14に示す2段巡回型AD変換器1におけるNビット変換後のセットリング誤差の合計は、1段目の巡回型AD変換器1aで行われる最初のMビットのAD変換と、2段目の巡回型AD変換器1bで行われる残りのN−MビットのAD変換を別々に計算するが、1段目の巡回型AD変換器1aがM−1サイクル目(MビットのAD変換時)の2倍増幅フェーズで動作しているとき、1段目の巡回型AD変換器1aは、サンプリングフェーズで動作する2段目の巡回型AD変換器1bと接続されるため、セットリング誤差は、これより前のサイクルにおける誤差より大きくなる。したがって、セットリング誤差の合計Est_tは、式(27)のように計算される。 On the other hand, the sum of settling errors after N-bit conversion in the two-stage cyclic AD converter 1 shown in FIG. 14 is equal to the first M-bit AD conversion performed by the first-stage cyclic AD converter 1a and 2 The remaining NM bits of AD conversion performed by the cyclic AD converter 1b at the stage are separately calculated, but the cyclic AD converter 1a at the first stage performs the M-1 cycle (M bit AD conversion). The first-stage cyclic AD converter 1a is connected to the second-stage cyclic AD converter 1b that operates in the sampling phase. Is greater than the error in the previous cycle. Therefore, the total settling error Est_t is calculated as shown in Equation (27).

ここで、estA及びestBは、それぞれ1段目及び2段目の巡回型AD変換器1a,1bのセットリング誤差の誤差係数を表し、estABは、1段目の巡回型AD変換器1aがM−1サイクル目の2倍増幅フェーズで動作しているとき、即ち1段目と2段目の巡回型AD変換器1a,1bが接続しているときの、1段目の巡回型AD変換器1aのセットリング誤差の誤差係数を表す。式(11)を式(27)に代入することで、例えばN=12,M=4のときのセットリング誤差の合計は、式(28)のように表される。 Here, e stA and e stB represent error coefficients of settling errors of the first-stage and second-stage cyclic AD converters 1a and 1b, respectively, and e stAB represents the first-stage cyclic AD converter. When 1a is operating in the M-1 cycle double amplification phase, that is, when the first-stage and second-stage cyclic AD converters 1a, 1b are connected, the first-stage cyclic type The error coefficient of the settling error of the AD converter 1a is represented. By substituting equation (11) into equation (27), for example, the total settling error when N = 12, M = 4 is expressed as equation (28).

尚、オペアンプ12a,12bの有限ゲイン誤差とセットリング誤差は、式(17)、 式(24)より同じ形式で書き表されるため、1段構成の巡回型AD変換器1における式(19)と式(26)、2段巡回型AD変換器1(N=12、M=4のとき)における式(21)と式(28)は、それぞれ以下の式(29)、式(30)のようにまとめることができる。   Since the finite gain error and the settling error of the operational amplifiers 12a and 12b are expressed in the same format from the equations (17) and (24), the equation (19) in the cyclic AD converter 1 having a single-stage configuration is used. And Expression (26), and Expression (21) and Expression (28) in the two-stage cyclic AD converter 1 (when N = 12, M = 4) are respectively expressed by Expressions (29) and (30) below. Can be summarized as follows.

(オフセット誤差)
図12に示す巡回型AD変換器1において、サンプリングフェーズから2倍増幅フェーズに移行するときのスイッチングにより、オペアンプ12の負入力端子に流入するチャージインジェクションとクロックフィードスルー電荷に起因したオフセット誤差を生じる。
(Offset error)
In the cyclic AD converter 1 shown in FIG. 12, the offset error caused by the charge injection flowing into the negative input terminal of the operational amplifier 12 and the clock feedthrough charge is caused by switching when shifting from the sampling phase to the double amplification phase. .

オフセット誤差係数をeoffとすると、デジタル領域で表した入出力特性は、式(31)となる。 Assuming that the offset error coefficient is e off , the input / output characteristics expressed in the digital domain are expressed by Equation (31).

したがって、1段構成の巡回型AD変換器1におけるNビット変換後のオフセット誤差の合計は、式(32)となる。   Therefore, the sum of the offset errors after N-bit conversion in the one-stage cyclic AD converter 1 is expressed by Equation (32).

一方、図14に示す2段巡回型AD変換器1におけるNビット変換後のオフセット誤差の合計は、1段目の巡回型AD変換器1aで行われる最初のMビットのAD変換と、2段目の巡回型AD変換器1bで行われる残りのN−MビットのAD変換を別々に計算することにより、式(33)のように表される。   On the other hand, the total offset error after N-bit conversion in the two-stage cyclic AD converter 1 shown in FIG. 14 is equal to the first M-bit AD conversion performed in the first-stage cyclic AD converter 1a and the two-stage cyclic AD converter 1a. By separately calculating the remaining NM bits of AD conversion performed by the cyclic AD converter 1b of the eye, the following expression (33) is obtained.

ここで、eoffA及びeoffBは、それぞれ1段目及び2段目の巡回型AD変換1a,1bのオフセット誤差係数を表す。 Here, e offA and e offB represent offset error coefficients of the first-stage and second-stage cyclic AD conversions 1a and 1b, respectively.

(デジタル補正)
上述した誤差は大変小さいため、2次以上の誤差係数の項は無視できると考えられる。したがって、容量ミスマッチ、アンプの有限ゲイン、アンプの不完全なセットリング、オフセット電圧により1段又は2段巡回型AD変換器1で発生する誤差の総計Esumは、1段の場合は、式(12)、式(19)、式(26)及び式(32)で算出されるそれぞれの誤差の総和、また、2段の場合は、式(14)、式(21)、式(28)及び式(33)で算出されるそれぞれの誤差の総和となり、式(34)のように表される。
(Digital correction)
Since the above-described error is very small, it is considered that the second-order or higher-order error coefficient term can be ignored. Therefore, the total error E sum generated in the one-stage or two-stage cyclic AD converter 1 due to the capacitance mismatch, the amplifier finite gain, the amplifier incomplete settling, and the offset voltage is expressed by the equation ( 12), Equation (19), Equation (26) and Equation (32), and in the case of two stages, Equation (14), Equation (21), Equation (28) and This is the sum of the errors calculated by equation (33), and is expressed as equation (34).

デジタル補正処理は、式(11)で近似されたデジタル出力コードX(0)(誤差を含んだデジタル出力コード)から式(34)で表される誤差の総計Esumを減算することで行われ、補正されたデジタルコードDcalibは、例えば、AD変換ビット数Nを12とすると、式(35)にように表される。 The digital correction processing is performed by subtracting the total error E sum represented by the equation (34) from the digital output code X (0) (digital output code including an error) approximated by the equation (11). The corrected digital code D calibration is expressed as shown in Expression (35), for example, when the AD conversion bit number N is 12.

上述の説明から分かるように、高精度なデジタル補正処理を行うためには、巡回型AD変換器1で発生する誤差をできるだけ正確に求める必要がある。   As can be seen from the above description, in order to perform high-precision digital correction processing, it is necessary to obtain the error generated in the cyclic AD converter 1 as accurately as possible.

しかしながら、その従来技法では、誤差を記述するパラメータである誤差係数の値を、正確に求めるために、各構成要素の設計上で推定される誤差係数を基にトライ・アンド・エラーを繰り返して最終的な誤差係数を決定し固有の値として保持するように構成しているため、固体ばらつきを吸収するのが容易ではなく、更には温度変化等の誤差の時間変化に対応できないといった問題が生じる。このため、高精度のデジタル補正が実現できないという問題があった。   However, in the conventional technique, in order to accurately obtain the value of the error coefficient that is a parameter describing the error, trial and error are repeatedly performed based on the error coefficient estimated in the design of each component, and the final result is obtained. Therefore, it is not easy to absorb the solid variation, and further, there arises a problem that it is not possible to cope with a time change of an error such as a temperature change. For this reason, there has been a problem that high-precision digital correction cannot be realized.

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、巡回型AD変換器で発生する誤差に基づいた誤差係数を自動的、且つ所望のタイミングで計測可能とし、より高精度で決定することが可能な、巡回型AD変換器、並びに巡回型AD変換器用のデジタル補正器及びその方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to enable an error coefficient based on an error generated in a cyclic AD converter to be automatically measured at a desired timing. It is an object of the present invention to provide a cyclic AD converter that can be determined with high accuracy, a digital corrector for the cyclic AD converter, and a method thereof.

本発明の巡回型AD変換器は、内部で発生する所定の誤差の誤差係数を自動計測可能に構成した巡回型AD変換器であって、入力されるアナログ信号をサンプリングするサンプリング手段と、複数のキャパシタからなるキャパシタ群及び演算増幅器を有し、前記アナログ信号を分解能に応じた巡回回数でAD変換するために、直前の巡回時における出力を2倍増幅した電圧値に対して、当該直前の巡回時にAD変換されたデジタル出力コードに応じた電圧値で差分した出力を発生するスイッチトキャパシタ増幅手段と、前記スイッチトキャパシタ増幅手段の出力をAD変換して冗長ビットのデジタル出力コードを生成するサブAD変換手段と、当該AD変換されたデジタル出力コードに応じた電圧値を生成するDA変換手段と、前記デジタル出力コードに応じた電圧値を前記DA変換手段が生成するよう制御するDA変換制御手段と、前記サンプリング手段及び前記スイッチトキャパシタ増幅手段における前記分解能に応じた巡回回数でAD変換するための動作フェーズを切り替え制御するフェーズ制御手段と、前記キャパシタ群と前記演算増幅器のいずれか一方又は双方に起因する誤差の誤差係数を含む当該スイッチトキャパシタ増幅手段の出力をAD変換して得られるデジタル出力コードから前記誤差係数を特定可能にするために、当該誤差係数を計測するための予め定めた計測モードの回路構成となるよう切り替え可能な複数のスイッチからなるスイッチ群と、を備えることを特徴とする。   A cyclic AD converter of the present invention is a cyclic AD converter configured to be capable of automatically measuring an error coefficient of a predetermined error generated therein, and includes a sampling means for sampling an input analog signal, In order to AD-convert the analog signal with the number of cycles according to the resolution, and having a capacitor group consisting of capacitors and an operational amplifier, with respect to a voltage value obtained by amplifying the output at the previous cycle twice, the previous cycle Switched capacitor amplifying means for generating a differential output with a voltage value corresponding to a digital output code that is sometimes AD converted, and sub AD conversion for generating a redundant bit digital output code by AD conversion of the output of the switched capacitor amplifying means Means, a DA conversion means for generating a voltage value corresponding to the AD-converted digital output code, and the digital A DA conversion control means for controlling the DA conversion means to generate a voltage value corresponding to a force code; and an operation phase for AD conversion with the number of cycles according to the resolution in the sampling means and the switched capacitor amplification means. Phase control means for switching control, and the error from a digital output code obtained by AD conversion of the output of the switched capacitor amplification means including an error coefficient of an error caused by one or both of the capacitor group and the operational amplifier In order to make it possible to specify the coefficient, a switch group including a plurality of switches that can be switched to have a circuit configuration in a predetermined measurement mode for measuring the error coefficient is provided.

また、本発明による他の態様の巡回型AD変換器は、本発明の巡回型AD変換器が2段縦列接続されていることを特徴とする。   Another aspect of the cyclic AD converter according to the present invention is characterized in that the cyclic AD converter of the present invention is connected in two stages in cascade.

また、本発明の巡回型AD変換器において、前記スイッチ群は、当該予め定めた計測モードの回路構成として前記誤差係数の種類数以上の回路構成を実現可能に配置されていることを特徴とする。   In the cyclic AD converter of the present invention, the switch group is arranged so that a circuit configuration equal to or more than the number of types of the error coefficients can be realized as the circuit configuration of the predetermined measurement mode. .

また、本発明の巡回型AD変換器において、前記誤差は、前記キャパシタ群の容量ミスマッチ誤差、前記演算増幅器の有限ゲイン誤差、前記演算増幅器のセットリング誤差、及び前記演算増幅器のオフセット誤差のうち1つ以上の誤差を含み、前記スイッチ群は、該誤差の誤差係数を計測するための予め定めた計測モードの回路構成となるよう切り替え可能に配置されていることを特徴とする。   In the cyclic AD converter of the present invention, the error is one of a capacitance mismatch error of the capacitor group, a finite gain error of the operational amplifier, a settling error of the operational amplifier, and an offset error of the operational amplifier. The switch group includes two or more errors, and is arranged to be switchable so as to have a circuit configuration in a predetermined measurement mode for measuring an error coefficient of the error.

また、本発明の巡回型AD変換器において、前記スイッチ群は、前記キャパシタ群の容量ミスマッチ誤差、前記演算増幅器の有限ゲイン誤差、前記演算増幅器のセットリング誤差、及び前記演算増幅器のオフセット誤差の全ての誤差係数を計測するための予め定めた計測モードの回路構成となるよう切り替え可能に配置されていることを特徴とする。   In the cyclic AD converter of the present invention, the switch group includes all of a capacitance mismatch error of the capacitor group, a finite gain error of the operational amplifier, a settling error of the operational amplifier, and an offset error of the operational amplifier. It is arranged to be switchable so as to have a circuit configuration of a predetermined measurement mode for measuring the error coefficient.

また、本発明の巡回型AD変換器において、前記スイッチ群は、前記誤差係数を含む当該演算増幅器の出力をAD変換した際に、当該巡回型AD変換器のフルスケール内で計測可能なバイアスが生じる回路構成となるよう配置されていることを特徴とする。   In the cyclic AD converter of the present invention, the switch group has a bias that can be measured within the full scale of the cyclic AD converter when the output of the operational amplifier including the error coefficient is AD converted. It arrange | positions so that it may become the circuit structure which arises, It is characterized by the above-mentioned.

更に、本発明の巡回型AD変換器用のデジタル補正器は、本発明の巡回型AD変換器に対して、当該誤差係数を計測するよう前記スイッチ群を切り替え指示する手段と、該切り替え指示により計測された当該誤差係数を含む電圧値のデジタル出力コードから、対応する誤差を算出し当該アナログ信号のデジタル出力から減算する手段と、を備えることを特徴とする。   Further, the digital corrector for the cyclic AD converter according to the present invention is configured to instruct the cyclic AD converter according to the present invention to switch the switch group so as to measure the error coefficient, and to measure by the switching instruction. Means for calculating a corresponding error from the digital output code of the voltage value including the error coefficient and subtracting it from the digital output of the analog signal.

更に、本発明の巡回型AD変換器用のデジタル補正方法は、本発明の巡回型AD変換器に対して当該アナログ信号の誤差をデジタル領域で補正するデジタル補正方法であって、該巡回型AD変換器に対して当該誤差係数を計測するよう前記スイッチ群を切り替え指示するステップと、該切り替え指示により計測された当該誤差係数を含む電圧値のデジタル出力コードから、対応する誤差を算出し当該アナログ信号のデジタル出力から減算するステップと、を含むことを特徴とする。   Furthermore, the digital correction method for the cyclic AD converter according to the present invention is a digital correction method for correcting an error of the analog signal in the digital domain with respect to the cyclic AD converter according to the present invention. A step of instructing the switch to switch the switch group so as to measure the error coefficient, and calculating a corresponding error from the digital output code of the voltage value including the error coefficient measured by the switching instruction, and the analog signal Subtracting from the digital output.

本発明によれば、巡回型AD変換器の内部で発生する所定の誤差の誤差係数を含む信号を巡回型AD変換器の入力としてサンプリングし、本信号をAD変換して得られた出力コードを基に誤差係数の値を自動的、且つ所望のタイミングで計測可能となるので、固体ばらつきを吸収するのが容易となり、更には温度変化等の誤差の時間変化に対応することができる。例えば、CMOSイメージセンサや巡回型AD変換器の電源投入時、或いはCMOSイメージセンサのブランキング期間に、当該巡回型AD変換器の誤差を自動的に計測することができるので、実効性の高い高精度のデジタル補正が可能となる。   According to the present invention, a signal including an error coefficient of a predetermined error generated inside a cyclic AD converter is sampled as an input of the cyclic AD converter, and an output code obtained by AD conversion of this signal is obtained. Since the error coefficient value can be measured automatically and at a desired timing based on this, it is easy to absorb the variation in solids, and it is possible to cope with a time change of error such as a temperature change. For example, the error of the cyclic AD converter can be automatically measured when the CMOS image sensor or cyclic AD converter is turned on or during the blanking period of the CMOS image sensor. Digital correction of accuracy is possible.

本発明による第1実施形態の巡回型AD変換器の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the cyclic AD converter of 1st Embodiment by this invention. 本発明による第2実施形態の巡回型AD変換器の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the cyclic AD converter of 2nd Embodiment by this invention. 本発明による各実施形態の巡回型AD変換器における第1計測モードの回路構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the circuit structure of the 1st measurement mode in the cyclic AD converter of each embodiment by this invention. 本発明による各実施形態の巡回型AD変換器における第2計測モードの回路構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the circuit structure of the 2nd measurement mode in the cyclic AD converter of each embodiment by this invention. 本発明による各実施形態の巡回型AD変換器における第3計測モードの回路構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the circuit structure of the 3rd measurement mode in the cyclic AD converter of each embodiment by this invention. 本発明による第2実施形態の巡回型AD変換器における第3計測モードの追加の回路構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the additional circuit structure of the 3rd measurement mode in the cyclic AD converter of 2nd Embodiment by this invention. 本発明による各実施形態の巡回型AD変換器における第4計測モードの回路構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the circuit structure of the 4th measurement mode in the cyclic AD converter of each embodiment by this invention. 本発明による各実施形態の巡回型AD変換器における第1計測モードの動作タイミングを示す図である。It is a figure which shows the operation timing of the 1st measurement mode in the cyclic | annular AD converter of each embodiment by this invention. 本発明による各実施形態の巡回型AD変換器における第2計測モードの動作タイミングを示す図である。It is a figure which shows the operation timing of the 2nd measurement mode in the cyclic AD converter of each embodiment by this invention. 本発明による各実施形態の巡回型AD変換器における第3及び第4計測モードの動作タイミングを示す図である。It is a figure which shows the operation timing of the 3rd and 4th measurement mode in the cyclic | annular AD converter of each embodiment by this invention. 本発明による第2実施形態の巡回型AD変換器における第3計測モードの追加の動作タイミングを示す図である。It is a figure which shows the additional operation timing of the 3rd measurement mode in the cyclic | annular AD converter of 2nd Embodiment by this invention. 従来技術における1段構成の巡回型AD変換器の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the cyclic | annular AD converter of the 1 step | paragraph structure in a prior art. 冗長ビット方式の巡回型AD変換器のデジタル出力例を示す図である。It is a figure which shows the digital output example of a cyclic AD converter of a redundant bit system. 従来技術における2段巡回型AD変換器の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the 2-stage cyclic AD converter in a prior art. 2段巡回型AD変換器をCMOSイメージセンサに適用する際の動作例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the operation example at the time of applying a two-stage cyclic AD converter to a CMOS image sensor. 巡回型AD変換器にて発生する誤差の説明図である。It is explanatory drawing of the error which generate | occur | produces in a cyclic | annular AD converter.

以下、図面を参照して、本発明による各実施形態の巡回型AD変換器1、並びに巡回型AD変換器1用のデジタル補正器及びその方法を説明する。尚、各図において同様な構成要素には同一の符号を付し、重複する説明については省略している。特に、第2実施形態の巡回型AD変換器1の説明では、対応する同様な構成要素にはその参照番号の添え字にA,B(またはa,b)を付すことで、個別の重複する説明を省略している。本発明による各実施形態の巡回型AD変換器1は、例えば非特許文献2に開示されるCMOSイメージセンサに適用可能なAD変換器として構成されている。   Hereinafter, with reference to the drawings, a cyclic AD converter 1 according to each embodiment of the present invention, a digital corrector for the cyclic AD converter 1, and a method thereof will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same component in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted. In particular, in the description of the cyclic AD converter 1 of the second embodiment, corresponding similar components are individually overlapped by adding A, B (or a, b) to the suffix of the reference number. The explanation is omitted. The cyclic AD converter 1 of each embodiment according to the present invention is configured as an AD converter applicable to a CMOS image sensor disclosed in Non-Patent Document 2, for example.

(第1実施形態)
図1は、本発明による第1実施形態の巡回型AD変換器1の構成を示すブロック図である。図1に示す巡回型AD変換器1は、その内部で発生する所定の誤差の誤差係数を自動計測可能に構成されており、入力されるアナログ信号VinをサンプリングするスイッチSと、アナログ信号Vinを分解能に応じた巡回回数でAD変換するために、式(4)で表されるように、直前の巡回時における出力を2倍増幅した電圧値に対して、当該直前の巡回時にAD変換されたデジタル出力コードに応じた電圧値で差分した出力を発生するスイッチトキャパシタ増幅回路の構成要素である複数のキャパシタCs1,Cs2,C及びオペアンプ12と、オペアンプ12の出力をAD変換して冗長ビットのデジタル出力コードD(i)を生成するサブAD変換器13と、そのデジタル出力コードに応じた電圧値を生成するDAC11と、DAC11を制御するDAC制御クロック発生部14と、動作フェーズを切り替え制御するスイッチS,S,S,S,S(及びS)と、複数のキャパシタCs1,Cs2,C及びオペアンプ12のいずれか一方又は双方に起因する誤差の誤差係数を含むオペアンプ12の出力をAD変換して得られるデジタル出力コードからその誤差係数を特定可能にするために、当該誤差係数を計測するための予め定めた計測モードの回路構成となるよう切り替え可能な複数のスイッチS,SMS,S,S,SERと、を備える。
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a cyclic AD converter 1 according to the first embodiment of the present invention. Cyclic AD converter 1 shown in FIG. 1 is automatically measured configured to be able to error coefficients of a predetermined error generated therein, a switch S S for sampling the analog signal V in to be inputted, the analog signal In order to perform AD conversion for Vin in the number of cycles according to the resolution, as expressed by Equation (4), the AD value is amplified during the previous cycle with respect to the voltage value obtained by amplifying the output in the previous cycle by a factor of two. A plurality of capacitors C s1 , C s2 , and C f that are components of a switched capacitor amplifier circuit that generates an output with a voltage value corresponding to the converted digital output code, and an operational amplifier 12, and an output of the operational amplifier 12 is AD converted. A sub AD converter 13 for generating a digital output code D (i) of redundant bits, and a DAC 11 for generating a voltage value corresponding to the digital output code, A DAC control clock generating unit 14 which controls the DAC 11, switches S R to control the switching operation phase, S 0, S 1, S 2, S 3 (and S S), a plurality of capacitors C s1, C s2, C In order to make it possible to specify the error coefficient from the digital output code obtained by AD-converting the output of the operational amplifier 12 including the error coefficient of the error caused by one or both of f and the operational amplifier 12, the error coefficient is measured. And a plurality of switches S P , S MS , S N , S X , and S ER that can be switched so as to have a circuit configuration in a predetermined measurement mode.

図1に示す本実施形態の巡回型AD変換器1は、主として、図12に示す巡回型AD変換器1と比較して、DAC11内にスイッチSを追加し、アナログ信号Vinの入力ラインとDAC11との間にスイッチSERを挿入している点で相違している。 Cyclic AD converter 1 of the present embodiment shown in FIG. 1 is mainly as compared to cyclic AD converter 1 shown in FIG. 12, by adding a switch S X in the DAC 11, the input line of the analog signal V in If it is different in that it inserts the switch S ER between the DAC 11.

また、本実施形態の巡回型AD変換器1にて、自動的、且つ所望のタイミングで各誤差係数を計測可能にするために、本実施形態の巡回型AD変換器1が動作モード制御部17によって「誤差係数の計測時」と「通常動作時」の各動作モードを切り替え可能にするよう構成されている点で相違している。この動作モード制御部17は、誤差係数の計測時と通常動作時の各動作モードを切り替え指示するべく、DAC制御指示信号及びフェーズ指示信号をそれぞれDAC制御クロック発生部14及びフェーズ制御クロック発生部15に供給するとともに、デジタル補正を行う補正制御部16内の各スイッチScal,Serrのオン/オフをそれぞれ制御するためのクロックΦcal,Φerrを補正制御部16に供給し、誤差係数の計測時と通常動作時の各動作モードを切り替え制御する機能部である。従って、誤差係数の計測時以外の動作、即ち本実施形態の巡回型AD変換器1における通常動作時は、図12に示す巡回型AD変換器1と同様に制御される。 In addition, the cyclic AD converter 1 of the present embodiment includes the operation mode control unit 17 in order to enable the cyclic AD converter 1 of the present embodiment to measure each error coefficient automatically and at a desired timing. Is different in that each operation mode can be switched between “during error coefficient measurement” and “during normal operation”. The operation mode control unit 17 sends a DAC control instruction signal and a phase instruction signal to the DAC control clock generation unit 14 and the phase control clock generation unit 15 in order to instruct switching between the operation modes at the time of error coefficient measurement and normal operation, respectively. , And supply clocks Φ cal and Φ err for controlling on / off of the switches S cal and S err in the correction control unit 16 for performing digital correction to the correction control unit 16, respectively. It is a functional unit that controls each operation mode during measurement and during normal operation. Therefore, the operation other than the measurement of the error coefficient, that is, the normal operation in the cyclic AD converter 1 of the present embodiment, is controlled in the same manner as the cyclic AD converter 1 shown in FIG.

また、DAC11を制御するDAC制御クロック発生部14がスイッチS,SMS,S,Sを制御する各クロックΦ,ΦMS,Φ,Φを発生するよう構成されている点、誤差係数の計測時と通常動作時の各動作モードを切り替え可能にするために、各動作フェーズを制御するフェーズ制御クロック発生部15がスイッチSER,S,S,S,S,S,Sを制御する各クロックΦER,Φ,Φ,Φ,Φ,Φ,Φを発生するよう構成されている点でも相違している。これらの各クロックのタイミング例は、図8〜図10を参照して後述する。 In addition, the DAC control clock generation unit 14 that controls the DAC 11 is configured to generate the clocks Φ P , Φ MS , Φ N , and Φ X that control the switches S P , S MS , S N , and S X. In order to make it possible to switch between the operation modes at the time of error coefficient measurement and normal operation, the phase control clock generator 15 for controlling each operation phase has switches S ER , S R , S S , S 0 , S 1. , S 2 , S 3 is also different in that it is configured to generate each clock Φ ER , Φ R , Φ S , Φ 0 , Φ 1 , Φ 2 , Φ 3 . Timing examples of these clocks will be described later with reference to FIGS.

補正制御部16は、動作モード制御部17の制御により、式(11)で近似されたデジタル出力コードX(0)(誤差を含んだデジタル出力コード)から式(34)で表される誤差の総計Esumを減算することでデジタル補正処理を行うよう構成されている。 Under the control of the operation mode control unit 17, the correction control unit 16 converts the error represented by the equation (34) from the digital output code X (0) (digital output code including an error) approximated by the equation (11). The digital correction processing is performed by subtracting the total E sum .

より具体的には、補正制御部16は、スイッチScal,Serrと、演算部161と、誤差係数用レジスタ162と、誤差演算器163と、誤差用レジスタ164と、減算部165とを備える。 More specifically, the correction control unit 16 includes switches S cal and S err , a calculation unit 161, an error coefficient register 162, an error calculator 163, an error register 164, and a subtraction unit 165. .

補正制御部16における誤差係数の計測時の動作モードでは、その第1ステップとして、スイッチScalがオフ、スイッチSerrがオンとされ、演算部161により、巡回数分のデジタル出力コードDが保持されて、容量ミスマッチ、アンプの有限ゲイン、アンプの不完全なセットリング、及び、オフセット電圧により巡回型AD変換器1で発生する各誤差の誤差係数が演算され、誤差係数用レジスタ162に保持される。誤差係数用レジスタ162は、スイッチSerrがオンとなり演算部161により誤差係数が演算される度に更新するよう構成される。続いて、誤差係数の計測時の動作モードにおける第2ステップとして、スイッチScalがオン、スイッチSerrがオフとされ(通常動作時の動作モードと同様)、誤差演算器163は、巡回数分のデジタル出力コードDが保持されて、当該誤差係数用レジスタ162に保持された誤差係数の値を用いて、当該巡回型AD変換器1の分解能に応じたビット数の総計Esumを算出し、誤差用レジスタ164に保持させる。誤差用レジスタ164は、スイッチScalがオン、スイッチSerrがオフとされ誤差演算器163によりの総計Esumが演算される度に更新するよう構成される。 In the operation mode when measuring the error coefficient in the correction control unit 16, as a first step, the switch Scal is turned off and the switch Serr is turned on, and the digital output code D corresponding to the number of cycles is held by the computing unit 161. Then, the error coefficient of each error generated in the cyclic AD converter 1 is calculated by the capacity mismatch, the amplifier finite gain, the amplifier incomplete settling, and the offset voltage, and is stored in the error coefficient register 162. The The error coefficient register 162 is configured to be updated every time the switch Serr is turned on and the error coefficient is calculated by the calculation unit 161. Subsequently, as a second step in the operation mode at the time of measuring the error coefficient, the switch S cal is turned on and the switch S err is turned off (similar to the operation mode in the normal operation), and the error calculator 163 is set for the number of cycles. The digital output code D is stored, and the total number E sum of bits corresponding to the resolution of the cyclic AD converter 1 is calculated using the error coefficient value stored in the error coefficient register 162. It is held in the error register 164. The error register 164 is configured to be updated whenever the switch S cal is turned on and the switch S err is turned off and the total E sum is calculated by the error calculator 163.

また、補正制御部16における通常動作時の動作モードでは、スイッチScalがオン、スイッチSerrがオフとされ、減算部165によって、巡回数分のデジタル出力コードDに対して誤差用レジスタ164に保持された誤差の総計Esumが減算されて、デジタル補正後の出力D’(即ち、式(35)で表される補正されたデジタルコードDcalib)を出力する。 In the normal operation mode of the correction control unit 16, the switch Scal is turned on and the switch Serr is turned off, and the subtraction unit 165 adds the digital output code D for the number of cycles to the error register 164. The stored total error E sum is subtracted to output the digitally corrected output D ′ (that is, the corrected digital code D calib expressed by the equation (35)).

特に、補正制御部16及び動作モード制御部17は、「デジタル補正器」として構成される。このようなデジタル補正器は、マイクロコンピュータ等のコンピュータとして機能させることもでき、当該コンピュータに、補正制御部16及び動作モード制御部17の各機能を実現させるためのプログラムは、当該コンピュータの内部又は外部に備えられるメモリ(図示せず)に記憶される。コンピュータに備えられる中央演算処理装置(CPU)などの制御で、これらの機能を実現するための処理内容が記述されたプログラムを、適宜、メモリから読み込んで、当該デジタル補正器の機能をコンピュータに実現させることができる。ここで、当該デジタル補正器の一部又は全部の機能を論理回路やレジスタ等を用いたハードウェアで実現してもよい。   In particular, the correction control unit 16 and the operation mode control unit 17 are configured as “digital correctors”. Such a digital corrector can also function as a computer such as a microcomputer, and a program for causing the computer to realize the functions of the correction control unit 16 and the operation mode control unit 17 is stored in the computer or It is stored in a memory (not shown) provided outside. A program in which processing details for realizing these functions are described is appropriately read from a memory by controlling a central processing unit (CPU) provided in the computer, and the function of the digital corrector is realized in the computer. Can be made. Here, a part or all of the functions of the digital corrector may be realized by hardware using a logic circuit, a register, or the like.

まず、本実施形態の巡回型AD変換器1、フェーズ制御クロック発生部15及びそのデジタル補正器(補正制御部16及び動作モード制御部17)は、前述した容量ミスマッチ、アンプの有限ゲイン、アンプの不完全なセットリング、及び、オフセット電圧により巡回型AD変換器1で発生する誤差に関するそれぞれのパラメータである誤差係数を予め定めた複数の計測モードで特定できるように動作するとともに、その誤差計測動作と通常動作との切り替えも可能に動作するよう構成されている。   First, the cyclic AD converter 1, the phase control clock generator 15 and the digital corrector (the correction controller 16 and the operation mode controller 17) of the present embodiment include the above-described capacity mismatch, amplifier finite gain, and amplifier amplifier. It operates so that error coefficients, which are parameters related to errors generated in the cyclic AD converter 1 due to incomplete settling and offset voltage, can be specified in a plurality of predetermined measurement modes, and the error measurement operation And normal operation can be switched.

即ち、通常動作では、図1に示すDAC11を構成するスイッチS,SMS,Sのオン/オフ制御はデジタル出力Dに基づいて行われているが、誤差係数の計測動作時の最初のサンプリングフェーズ及び2倍増幅フェーズでは、それぞれの誤差係数の計測モード時の回路構成(後述する図3,図4,図5及び図7)となるように、DAC11内のスイッチS,SMS,S,S、及びスイッチSERのオン/オフ制御が外部から(本例では、動作モード制御部17によるDAC制御指示信号及びフェーズ指示信号)から強制的に制御可能となっている。 That is, in the normal operation, the on / off control of the switches S P , S MS , and S N constituting the DAC 11 shown in FIG. 1 is performed based on the digital output D. In the sampling phase and the double amplification phase, switches S P , S MS , and so on in the DAC 11 are configured so as to have a circuit configuration (FIGS. 3, 4, 5, and 7 described later) in each error coefficient measurement mode. On / off control of S N , S X and switch SER can be forcibly controlled from the outside (in this example, a DAC control instruction signal and a phase instruction signal by the operation mode control unit 17).

スイッチSERのオン/オフ制御は、詳細に後述するが、通常動作時では図12に示す構成と同様にスイッチSERをオンとし、誤差係数の計測モード時では、そのサンプリングフェーズ時に、フィードバック容量Cに入力する電圧がVin端子に接続されるようスイッチSERをオフし、その後の2倍増幅フェーズ時にスイッチSERをオンする。 The on / off control of the switch SER will be described in detail later. In the normal operation, the switch SER is turned on in the same manner as the configuration shown in FIG. 12, and in the error coefficient measurement mode, the feedback capacitor is used during the sampling phase. turning off the switch S ER as the voltage input to the C f is connected to the V in terminal, it turns on the switch S ER during subsequent 2-fold amplification phase.

そして、動作モード制御部17により、補正制御部16は、それぞれの誤差係数の計測モード時の回路構成(後述する図3,図4,図5及び図7)から、容量ミスマッチ、アンプの有限ゲイン、アンプの不完全なセットリング、及び、オフセット電圧により巡回型AD変換器1で発生する誤差に関する各誤差係数を算出して保持し、サブAD変換器(Sub-ADC)13からの誤差を含んだデジタル出力D(式(11)で近似されたデジタル出力コードX(0))に対して、式(34)で表される誤差の総計Esumを減算することで補正後のデジタル出力D’ (即ち、式(35)で表される補正されたデジタルコードDcalib)を得るよう構成されている。 Then, the operation mode control unit 17 causes the correction control unit 16 to change the capacitance mismatch and the finite gain of the amplifier from the circuit configuration (FIGS. 3, 4, 5, and 7 described later) in each error coefficient measurement mode. Each error coefficient related to an error generated in the cyclic AD converter 1 by the incomplete settling of the amplifier and the offset voltage is calculated and held, and an error from the sub AD converter (Sub-ADC) 13 is included. The corrected digital output D ′ is obtained by subtracting the total error E sum represented by the equation (34) from the digital output D (the digital output code X (0) approximated by the equation (11)). (That is, the corrected digital code D calib expressed by Expression (35)) is obtained.

(第2実施形態)
一方、図2は、本発明による第2実施形態の2段巡回型AD変換器1の構成を示すブロック図である。図2に示す第2実施形態の2段巡回型AD変換器1は、図1に示す1段構成の巡回型AD変換器1が2段縦列接続されて構成されている。このため、図2において1段目の巡回型AD変換器1aと2段目の巡回型AD変換器1bとの間で対応する構成要素には、それぞれ参照符号に添字A,B(又はa,b)を付している。図2に示す本実施形態の2段巡回型AD変換器1は、主として、図15に示す2段巡回型AD変換器1と比較して、1段目及び2段目の巡回型AD変換器1a,1bにおける各DAC11a,11b内にそれぞれスイッチSXA,SXBを追加し、アナログ信号Vinの入力ラインとDAC11aとの間にスイッチSERAを挿入するとともに、2段目の巡回型AD変換器1bのアナログ信号Vinの入力ラインとDAC11bとの間にスイッチSERBを挿入している点で相違している。
(Second Embodiment)
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the two-stage cyclic AD converter 1 according to the second embodiment of the present invention. A two-stage cyclic AD converter 1 according to the second embodiment shown in FIG. 2 is configured by connecting the one-stage cyclic AD converter 1 shown in FIG. 1 in two stages in cascade. For this reason, in FIG. 2, the components corresponding to each other between the first-stage cyclic AD converter 1a and the second-stage cyclic AD converter 1b have subscripts A and B (or a, b) is attached. The two-stage cyclic AD converter 1 of the present embodiment shown in FIG. 2 is mainly compared with the two-stage cyclic AD converter 1 shown in FIG. 15 in the first and second stages. 1a, each DAC 11 a, the switches S XA in 11b in 1b, add the S XB, with inserting a switch S ERA between the input line and the DAC 11 a of the analog signal V in, the second-stage cyclic AD converter It is different in that it inserts the switch S ERB between the input line and DAC11b analog signal V in the vessel 1b.

また、本実施形態の巡回型AD変換器1にて、自動的、且つ所望のタイミングで各誤差係数を計測可能にするために、各DAC11a,11bを制御するそれぞれのDAC制御クロック発生部14a,14bが、それぞれ対応するスイッチSPASMSA,SNA,SXA、及びSPB,SMSB,SNB,SXBを制御する各クロックΦPA,ΦMSA,ΦNA,ΦXA、及びΦPB,ΦMSB,ΦNB,ΦXBを発生するよう構成されている点、誤差係数の計測時と通常動作時の各動作モードを切り替え可能にするために、1段目及び2段目の巡回型AD変換器1a,1bの各動作フェーズを制御するフェーズ制御クロック発生部15a,15bが、それぞれ対応するスイッチSERA,SRA,SSA,S0A,S1A,S2A,S3A、及びSERB,SRB,SSB,S0B,S1B,S2B,S3Bを制御する各クロックΦERA,ΦRA,ΦSA,Φ0A,Φ1A,Φ2A,Φ3A、及びΦERB,ΦRB,ΦSB,Φ0B,Φ1B,Φ2B,Φ3Bを発生するよう構成されている点、及び、式(11)で近似されたデジタル出力コードX(0)(誤差を含んだデジタル出力コード)から式(34)で表される誤差の総計Esumを減算することでデジタル補正処理を行う各補正制御部16a,16bが、それぞれ動作モード制御部17a,17bの制御により、自動的、且つ所望のタイミングで各誤差係数を計測可能にするために、それぞれDAC制御クロック発生部14a,14b、並びにフェーズ制御クロック発生部15a,15bに対して、それぞれDAC制御指示信号及びフェーズ指示信号を与えるよう構成されている点でも相違している。これらの各クロックのタイミング例は、図8〜図11を参照して後述する。従って、誤差係数の計測時以外の動作、即ち本実施形態の巡回型AD変換器1における通常動作時は、図14に示す2段巡回型AD変換器1と同様に制御される。 Further, in order to enable each cyclic error AD to be measured automatically and at a desired timing in the cyclic AD converter 1 of the present embodiment, the respective DAC control clock generators 14a and 14b for controlling the DACs 11a and 11b, respectively. 14b respectively controls the clocks Φ PA , Φ MSA , Φ NA , Φ XA , and Φ PB that control the corresponding switches S PA , SMSA , S NA , S XA , and S PB , S MSB , S NB , S XB , respectively. , Φ MSB , Φ NB , Φ XB are generated, and in order to be able to switch between the operation modes at the time of error coefficient measurement and normal operation, the first stage and the second stage cyclic type AD converter 1a, phase control clock generating section 15a for controlling each operation phase of 1b, 15b, respectively corresponding switch S ERA, S RA, S SA , S 0A S 1A, S 2A, S 3A , and S ERB, S RB, S SB , S 0B, S 1B, S 2B, each clock [Phi ERA controlling the S 3B, Φ RA, Φ SA , Φ 0A, Φ 1A, Φ 2A , Φ 3A , and Φ ERB , Φ RB , Φ SB , Φ 0B , Φ 1B , Φ 2B , Φ 3B , and the digital output code approximated by equation (11) Each of the correction control units 16a and 16b, which performs digital correction processing by subtracting the total error E sum represented by the equation (34) from X (0) (digital output code including error), controls the operation mode. In order to enable each error coefficient to be measured automatically and at a desired timing under the control of the units 17a and 17b, the DAC control clock generators 14a and 14b, and the phase control clock, respectively. Raw portion 15a, with respect to 15b, respectively different in the point that is configured to provide a DAC control instruction signal and the phase indication signal. An example of the timing of each clock will be described later with reference to FIGS. Therefore, the operation other than the measurement of the error coefficient, that is, the normal operation in the cyclic AD converter 1 of the present embodiment, is controlled in the same manner as the two-stage cyclic AD converter 1 shown in FIG.

尚、図2において、動作モード制御部17a,17bの制御により、それぞれ補正制御部16a,16bを制御する個別の機能ブロックとして図示しているが、動作モード制御部17a,17bを1つの機能ブロックとして構成し、補正制御部16a,16bにより1段目及び2段目の巡回型AD変換器1a,1bに対して自動的、且つ所望のタイミングで各誤差係数を計測可能とし、且つ式(11)で近似されたデジタル出力コードX(0)(誤差を含んだデジタル出力コード)から式(34)で表される誤差の総計Esumを減算することでデジタル補正処理を行うよう構成することもできる。 In FIG. 2, although illustrated as individual functional blocks for controlling the correction control units 16a and 16b under the control of the operation mode control units 17a and 17b, the operation mode control units 17a and 17b are shown as one functional block. The correction control units 16a and 16b can measure each error coefficient automatically and at a desired timing with respect to the first-stage and second-stage cyclic AD converters 1a and 1b. The digital correction processing may be performed by subtracting the total error E sum represented by the equation (34) from the digital output code X (0) (digital output code including an error) approximated by it can.

特に、補正制御部16a,16b及び動作モード制御部17a,17bは、「デジタル補正器」として構成される。このようなデジタル補正器は、マイクロコンピュータ等のコンピュータとして機能させることもでき、当該コンピュータに、補正制御部16a,16b及び動作モード制御部17a,17bの各機能を実現させるためのプログラムは、当該コンピュータの内部又は外部に備えられるメモリ(図示せず)に記憶される。コンピュータに備えられる中央演算処理装置(CPU)などの制御で、これらの機能を実現するための処理内容が記述されたプログラムを、適宜、メモリから読み込んで、当該デジタル補正器の機能をコンピュータに実現させることができる。ここで、当該デジタル補正器の一部又は全部の機能を論理回路やレジスタ等を用いたハードウェアで実現してもよい。   In particular, the correction controllers 16a and 16b and the operation mode controllers 17a and 17b are configured as “digital correctors”. Such a digital corrector can also function as a computer such as a microcomputer. A program for causing the computer to realize the functions of the correction control units 16a and 16b and the operation mode control units 17a and 17b is It is stored in a memory (not shown) provided inside or outside the computer. A program in which processing details for realizing these functions are described is appropriately read from a memory by controlling a central processing unit (CPU) provided in the computer, and the function of the digital corrector is realized in the computer. Can be made. Here, a part or all of the functions of the digital corrector may be realized by hardware using a logic circuit, a register, or the like.

第2実施形態の2段巡回型AD変換器1、フェーズ制御クロック発生部15a,15b及びそのデジタル補正器においても、前述した容量ミスマッチ、アンプの有限ゲイン、アンプの不完全なセットリング、及び、オフセット電圧により2段巡回型AD変換器1で発生する誤差に関するそれぞれのパラメータである誤差係数を予め定めた複数の計測モードで特定できるように動作するとともに、その誤差計測動作と通常動作との切り替えも可能に動作するよう構成されている。   In the two-stage cyclic AD converter 1, the phase control clock generators 15a and 15b and the digital corrector thereof according to the second embodiment, the above-described capacitance mismatch, finite gain of the amplifier, incomplete settling of the amplifier, and Operates so that error coefficients, which are parameters related to errors generated in the two-stage cyclic AD converter 1 by the offset voltage, can be specified in a plurality of predetermined measurement modes, and switch between the error measurement operation and the normal operation Is also configured to work.

即ち、通常動作では、図2に示すDAC11a,11bを構成する各スイッチのオン/オフ制御はそれぞれのデジタル出力D,Dに基づいて行われているが、誤差係数の計測動作時の最初のサンプリングフェーズ及び2倍増幅フェーズでは、それぞれの誤差係数の計測モード時の回路構成(後述する図3〜図7)となるように、DAC11a,11b内の各スイッチ、及びスイッチSERA,SERBのオン/オフ制御が外部から(本例では、動作モード制御部17a,17bによるDAC制御指示信号及びフェーズ指示信号)から強制的に制御可能となっている。 That is, in normal operation, DAC 11 a shown in FIG. 2, of each switch constituting the 11b on / off control each of the digital output D A, have been made based on D B, the first time measuring operation of the error factor In the sampling phase and the double amplification phase, the switches in the DACs 11a and 11b and the switches S ERA and S ERB are arranged so that the circuit configurations (FIGS. 3 to 7 to be described later) in the respective error coefficient measurement modes are obtained. ON / OFF control can be forcibly controlled from the outside (in this example, the DAC control instruction signal and the phase instruction signal by the operation mode control units 17a and 17b).

スイッチSERA,SERBのオン/オフ制御は、詳細に後述するが、通常動作時では図14に示す構成と同様にスイッチSERA,SERBをオンとし、誤差係数の計測モード時では、そのサンプリングフェーズ時に、フィードバック容量Cに入力する電圧がVin端子に接続されるようスイッチSERA,SERBをオフし、その後の2倍増幅フェーズ時にスイッチSERA,SERBをオンする。 The on / off control of the switches S ERA and SERB will be described in detail later. In the normal operation, the switches S ERA and SERB are turned on in the same manner as the configuration shown in FIG. during sampling phase, it turns off the switch S ERA, the S ERB so that the input voltage to the feedback capacitor C f is connected to the V in terminal, turns on the switch S ERA, the S ERB during subsequent 2-fold amplification phase.

そして、動作モード制御部17a,17bにより、補正制御部16a,16bは、それぞれの誤差係数の計測モード時の回路構成(後述する図3〜図7)から、容量ミスマッチ、アンプの有限ゲイン、アンプの不完全なセットリング、及び、オフセット電圧により2段巡回型AD変換器1で発生する誤差に関する各誤差係数を算出して保持し、サブAD変換器(Sub-ADC)13a,13bからの誤差を含んだデジタル出力D,D(式(11)で近似されたデジタル出力コードX(0))に対して、式(34)で表される誤差の総計Esumを減算することで補正後のデジタル出力D’,D’を得るよう構成されている。 Then, the operation control units 17a and 17b allow the correction control units 16a and 16b to change the capacity mismatch, the amplifier finite gain, and the amplifier from the circuit configurations (FIGS. 3 to 7 to be described later) in the respective error coefficient measurement modes. Error coefficients from sub AD converters (Sub-ADC) 13a and 13b are calculated and held with respect to errors generated in the two-stage cyclic AD converter 1 due to incomplete settling and offset voltage. Is corrected by subtracting the total error E sum represented by the equation (34) from the digital outputs D A and D B (the digital output code X (0) approximated by the equation (11)). It is configured to obtain later digital outputs D A ′ and D B ′.

(誤差係数の計測モード)
ここで、各誤差係数を算出可能とする計測モードについて説明する。本例では4種類の誤差係数を特定するため、4種類の計測モードで切り替え可能に動作するよう図1及び図2にそれぞれ示す1段又は2段巡回型AD変換器1が構成されている。これらの4種類の計測モードは、図1に示す第1実施形態であれば動作モード制御部17(図2に示す第2実施形態であれば動作モード制御部17a,17b)により、誤差係数の計測時の動作モードで実行される。
(Error coefficient measurement mode)
Here, a measurement mode in which each error coefficient can be calculated will be described. In this example, in order to specify four types of error coefficients, the one-stage or two-stage cyclic AD converter 1 shown in FIGS. 1 and 2 is configured to operate so as to be switchable in four types of measurement modes. These four types of measurement modes are determined by the operation mode control unit 17 (the operation mode control units 17a and 17b in the second embodiment shown in FIG. 2) in the first embodiment shown in FIG. It is executed in the operation mode at the time of measurement.

各計測モードの動作原理の要諦は、計測動作時における最初のサンプリングフェーズと2倍増幅フェーズにより、所望の誤差係数を含む電圧値をサンプリングすることにある。特に、本実施形態では、サンプリングされた電圧値をサイクリックにAD変換していくため、この電圧値がAD変換範囲に含まれるように工夫されている。以下、各計測モードの回路構成(図2〜図5)と動作について説明する。尚、図1に示すVCOMの入力端子に印加するバイアス電圧は0とし、オペアンプ12のオフセット電圧VOSが付加されている。 The key to the operation principle of each measurement mode is to sample a voltage value including a desired error coefficient by the first sampling phase and the double amplification phase during the measurement operation. In particular, in the present embodiment, since the sampled voltage value is cyclically AD converted, the voltage value is devised to be included in the AD conversion range. Hereinafter, the circuit configuration (FIGS. 2 to 5) and operation in each measurement mode will be described. The bias voltage applied to the input terminal of V COM shown in FIG. 1 is 0, and the offset voltage V OS of the operational amplifier 12 is added.

(1)第1計測モード
代表して図1に示す巡回型AD変換器1において、第1計測モードにおける計測動作時の最初のサンプリングフェーズ(Sampling phase)及び2倍増幅フェーズ(Amplification phase)の回路構成を図3に示す。この第1計測モードにおける各クロックの動作は、図8に示される。VRH,VRLは、それぞれAD変換範囲の上限、下限を示している。いま、上述した説明と同様にVRH=V,VRL=0とし、オペアンプ12の負入力端子における電荷保存則より、第1計測モードにおけるオペアンプ12の出力電圧Vout_md1は、式(36)となる。
(1) First Measurement Mode As a representative example, in the cyclic AD converter 1 shown in FIG. 1, a circuit of the first sampling phase (Sampling phase) and the double amplification phase (Amplification phase) during the measurement operation in the first measurement mode The configuration is shown in FIG. The operation of each clock in the first measurement mode is shown in FIG. V RH and V RL indicate the upper limit and the lower limit of the AD conversion range, respectively. As in the above description, V RH = V r , V RL = 0, and from the charge conservation law at the negative input terminal of the operational amplifier 12, the output voltage V out_md1 of the operational amplifier 12 in the first measurement mode is expressed by Equation (36). It becomes.

尚、各誤差係数の定義は上記の説明に示した通りである。e,emsは正負両方の値を取り得るが、バイアス値として0.5Vが加わっているため(式(36)の第1項)、出力電圧Vout_md1は0.5V前後となり、確実にAD変換範囲に含まれる。こうしてサンプリングされた出力電圧Vout_md1を巡回型AD変換器1の入力として、通常動作時と同様にサイクリックにAD変換する。即ち、誤差計測時の最初のサンプリングフェーズ(Sampling phase)及び2倍増幅フェーズ(Amplification phase)ではDAC11内の各クロックが強勢的に制御されて図3に示す回路構成を実現し、このときの出力電圧Vout_md1をサイクリックにAD変換すると、N回の巡回を行うたびに、DAC11は、このデジタル出力コードD(i)が当該3値の{0}であれば「S,Sをオフ、S,SMSをオン」とし、デジタル出力コードD(i)が当該3値の{1/2}であれば「S,Sをオン、SMS,Sをオフ」とし、デジタル出力コードD(i)が当該3値の{1}であれば「S,SMSをオン、S,Sをオフ」としてDA変換値を出力する。誤差係数の計測モードでは、通常動作モードと異なり、N回の巡回により冗長Nビットが変換され、N+1ビットの分解能のAD変換を行うことができる。 The definition of each error coefficient is as described in the above description. e m, e ms but may take both positive and negative values, (the first term of equation (36)) for 0.5V r is applied as a bias value, the output voltage V Out_md1 becomes longitudinal 0.5V r, It is definitely included in the AD conversion range. The output voltage Vout_md1 sampled in this way is used as an input to the cyclic AD converter 1, and cyclic AD conversion is performed as in the normal operation. That is, in the first sampling phase (Sampling phase) and double amplification phase (Amplification phase) at the time of error measurement, each clock in the DAC 11 is actively controlled to realize the circuit configuration shown in FIG. When the voltage V out_md1 is cyclically AD-converted, every time N rounds are performed, the DAC 11 turns off “S P and S X if the digital output code D (i) is the ternary {0}”. , S N , S MS are turned on ”, and if the digital output code D (i) is {1/2} of the three values,“ S P , S N are turned on, S MS , S X are turned off ”, If the digital output code D (i) is the ternary {1}, the DA conversion value is output with “S P and SMS turned on and S N and S X turned off”. In the error coefficient measurement mode, unlike the normal operation mode, redundant N bits are converted by N cycles, and AD conversion with a resolution of N + 1 bits can be performed.

そして、式(36)で表される出力電圧Vout_md1をAD変換したとき、得られるデジタル出力コードD(i)には誤差が含まれる。上記の説明より、デジタル出力コードD(i)に含まれる誤差の総計Esumは式(34)のように表されるが、式(12)、式(19)、式(26)及び式(32)より、Em_t,Efg_t,Est_t,Eoff_tは、式(37)のようになる。 When the output voltage Vout_md1 represented by the equation (36) is AD-converted, an error is included in the obtained digital output code D (i). From the above description, the total error E sum included in the digital output code D (i) is expressed as shown in Expression (34), but Expression (12), Expression (19), Expression (26), and Expression ( From 32), E m — t , E fg — t , E st — t , and E off — t are as shown in Expression (37).

尚、式(37)の右辺の各係数a,a,bは、動作フェーズごとに、式(12)、 式(19)及び 式(26)にデジタル出力コードD(i)を代入して求める。また、cは、各動作フェーズで一定値である。したがって、式(36)で表されるVout_md1をAD変換して得られる、複数の誤差を含んだデジタル出力コードXout_md1は、式(38)となる。 The coefficients a 1 , a 2 , and b 1 on the right side of the equation (37) are substituted with the digital output code D (i) into the equations (12), (19), and (26) for each operation phase. And ask. Further, c 1 is a constant value for each operation phase. Therefore, the digital output code X out_md1 including a plurality of errors obtained by AD converting V out_md1 represented by Expression (36) is expressed by Expression (38).

尚、式(38)において、デジタル出力コードXout_md1は0.5近傍のため、誤差が大変小さいと仮定すると、誤差の総計Esumの計算は、式(12)、式(19)及び式(26)の代わりに式(10)、 式(18)及び式(25)においてX(i)=0.5,D(i)=0.5,D(i)=1とし簡略すると、第1計測モードで例えば冗長14ビット変換(N=14)では、式(39)となる。 In the equation (38), since the digital output code X out_md1 is close to 0.5, assuming that the error is very small, the calculation of the total error E sum is performed by the equations (12), (19), and ( 26), instead of X (i) = 0.5, D (i) = 0.5, and D s (i) = 1 in Equation (10), Equation (18) and Equation (25), For example, in a redundant 14-bit conversion (N = 14) in one measurement mode, Expression (39) is obtained.

また、図2に示す2段巡回型AD変換器1の場合、第1計測モードは、1段目と2段目の巡回型AD変換器1a,1bにそれぞれ適用する。   In the case of the two-stage cyclic AD converter 1 shown in FIG. 2, the first measurement mode is applied to the first-stage and second-stage cyclic AD converters 1a and 1b, respectively.

(2)第2計測モード
代表して図1に示す巡回型AD変換器1において、第2計測モードにおける計測動作時の最初のサンプリングフェーズ(Sampling phase)及び2倍増幅フェーズ(Amplification phase)の回路構成を図4に示す。この第2計測モードにおける各クロックの動作は、図9に示される。VRH,VRLは、それぞれAD変換範囲の上限、下限を示している。いま、上述した説明と同様にVRH=V,VRL=0とし、オペアンプ12の負入力端子における電荷保存則より、第2計測モードにおけるオペアンプ12の出力電圧Vout_md2は、式(40)となる。
(2) Second Measurement Mode As a representative example, in the cyclic AD converter 1 shown in FIG. 1, a circuit of the first sampling phase and the amplification phase (Amplification phase) during the measurement operation in the second measurement mode The configuration is shown in FIG. The operation of each clock in the second measurement mode is shown in FIG. V RH and V RL indicate the upper limit and the lower limit of the AD conversion range, respectively. As in the above description, V RH = V r , V RL = 0, and from the charge conservation law at the negative input terminal of the operational amplifier 12, the output voltage V out_md2 of the operational amplifier 12 in the second measurement mode is expressed by Equation (40). It becomes.

第1計測モードと同様に、第2計測モードにおいてもバイアス値として0.5Vが加わっているため(式(40)の第1項)、確実にAD変換範囲に含まれる。こうしてサンプリングされた出力電圧Vout_md2を巡回型AD変換器1の入力として、通常動作時と同様にサイクリックにAD変換する。式(40)で表される電圧をAD変換したとき、得られるデジタル出力コードD(i)に含まれる誤差は式(37)の形で表されるため、式(40)で表されるVout_md2をAD変換して得られる、複数の誤差を含んだデジタル出力コードXout_md2は、式(41)となる。 Similarly to the first measurement mode, 0.5 Vr is added as a bias value in the second measurement mode (the first term in the equation (40)), and therefore it is definitely included in the AD conversion range. The output voltage Vout_md2 sampled in this way is used as an input to the cyclic AD converter 1, and cyclic AD conversion is performed as in the normal operation. When the voltage represented by Expression (40) is AD-converted, the error included in the obtained digital output code D (i) is represented in the form of Expression (37), and therefore V represented by Expression (40). A digital output code X out_md2 including a plurality of errors obtained by performing AD conversion on out_md2 is expressed by Expression (41).

尚、式(41)において、デジタル出力コードXout_md2は0.5近傍のため、誤差が大変小さいと仮定すると、誤差の総計Esumの計算は、式(12)、式(19)及び式(26)の代わりに式(10)、式(18)及び式(25)においてX(i)=0.5,D(i)=0.5,D(i)=1とし簡略すると、第2計測モードで例えば冗長14ビット変換(N=14)では、式(42)となる。 In the equation (41), since the digital output code X out_md2 is close to 0.5, assuming that the error is very small, the calculation of the total error E sum is performed by the equations (12), (19), and ( 26) in place of X (i) = 0.5, D (i) = 0.5, and D s (i) = 1 in Equation (10), Equation (18) and Equation (25), For example, in redundant 14-bit conversion (N = 14) in the two measurement mode, Expression (42) is obtained.

また、図2に示す2段巡回型AD変換器1の場合、第2計測モードは、1段目と2段目の巡回型AD変換器1a,1bにそれぞれ適用する。   In the case of the two-stage cyclic AD converter 1 shown in FIG. 2, the second measurement mode is applied to the first-stage and second-stage cyclic AD converters 1a and 1b, respectively.

(3)第3計測モード
代表して図1に示す巡回型AD変換器1において、第3計測モードにおける計測動作時の最初のサンプリングフェーズ(Sampling phase)及び2倍増幅フェーズ(Amplification phase)の回路構成を図5に示す。この第1計測モードにおける各クロックの動作は、図10に示される。VRH,VRLは、それぞれAD変換範囲の上限、下限を示している。いま、上述した説明と同様にVRH=V,VRL=0とし、オペアンプ12の負入力端子における電荷保存則より、第3計測モードにおけるオペアンプ12の出力電圧Vout_md3は、式(43)となる。
(3) Third Measurement Mode As a representative example, in the cyclic AD converter 1 shown in FIG. 1, circuits for the first sampling phase and the amplification phase in the measurement operation in the third measurement mode The configuration is shown in FIG. The operation of each clock in the first measurement mode is shown in FIG. V RH and V RL indicate the upper limit and the lower limit of the AD conversion range, respectively. As in the above description, V RH = V r , V RL = 0, and from the charge conservation law at the negative input terminal of the operational amplifier 12, the output voltage V out_md3 of the operational amplifier 12 in the third measurement mode is expressed by Equation (43). It becomes.

第1計測モードと同様に、第3計測モードにおいてもバイアス値として0.5Vが加わっているため(式(43)の第1項)、確実にAD変換範囲に含まれる。こうしてサンプリングされた出力電圧Vout_md3を巡回型AD変換器1の入力として、通常動作時と同様にサイクリックにAD変換する。式(43)で表される電圧をAD変換したとき、得られるデジタル出力コードD(i)に含まれる誤差は式(37)の形で表されるため、式(43)で表される出力電圧Vout_md3をAD変換して得られる、複数の誤差を含んだデジタル出力コードXout_md3は、式(44)となる。 Similarly to the first measurement mode, since 0.5 Vr is added as a bias value in the third measurement mode (the first term of the equation (43)), it is surely included in the AD conversion range. The output voltage Vout_md3 sampled in this way is used as an input to the cyclic AD converter 1, and cyclic AD conversion is performed as in the normal operation. When the voltage represented by Expression (43) is AD-converted, the error included in the obtained digital output code D (i) is represented by the form of Expression (37), and therefore the output represented by Expression (43). A digital output code X out_md3 including a plurality of errors obtained by AD conversion of the voltage V out_md3 is expressed by Expression (44).

尚、式(44)において、デジタル出力コードXout_md3は0.5近傍のため、誤差が大変小さいと仮定すると、誤差の総計Esumの計算は、式(12)、式(19)及び式(26)の代わりに式(10)、式(18)及び式(25)においてX(i)=0.5,D(i)=0.5,D(i)=1とし簡略すると、第2計測モードで例えば冗長14ビット変換(N=14)では、式(45)となる。 In the equation (44), since the digital output code X out_md3 is close to 0.5, assuming that the error is very small, the calculation of the total error E sum is performed by the equations (12), (19), and ( 26) in place of X (i) = 0.5, D (i) = 0.5, and D s (i) = 1 in Equation (10), Equation (18) and Equation (25), For example, in redundant 14-bit conversion (N = 14) in the two measurement mode, Expression (45) is obtained.

また、図2に示す2段巡回型AD変換器1の場合、第3計測モードは、1段目と2段目の巡回型AD変換器1a,1bにそれぞれ適用する。ただし、2段巡回型AD変換器1の場合、第3計測モードにおいて、1段目と2段目の巡回型AD変換器1a,1bが接続しているときの1段目の巡回型AD変換器1aのセットリング誤差係数estABは別途考慮しなければならないため、この点について図6及び図11を参照して説明する。 In the case of the two-stage cyclic AD converter 1 shown in FIG. 2, the third measurement mode is applied to the first-stage and second-stage cyclic AD converters 1a and 1b, respectively. However, in the case of the two-stage cyclic AD converter 1, in the third measurement mode, the first-stage cyclic AD conversion when the first-stage and second-stage cyclic AD converters 1a and 1b are connected. Since the settling error coefficient estAB of the device 1a must be considered separately, this point will be described with reference to FIGS.

2段巡回型AD変換器1の場合の第3計測モード3において、1段目と2段目の巡回型AD変換器1a,1bが接続しているときの1段目の巡回型AD変換器1aのセットリング誤差係数estABは別途考慮する。即ち、1段目の巡回型AD変換器1aが2段目の巡回型AD変換器1bと接続されるときのセットリング誤差estABを含んだ信号をサンプリングするために、1段目の巡回型AD変換器1aが2倍増幅フェーズで動作する時に、サンプリングフェーズで動作する2段目の巡回型AD変換器1bを接続する。このときの、最初のサンプリングフェーズ(Sampling phase)及び2倍増幅フェーズ(Amplification phase)の回路構成を図6に示す。このときの第3計測モードにおける各クロックの動作は、図11に示される。こうしてサンプリングされた出力電圧Vout_md3bを1段目の巡回型AD変換器1aの入力として、通常動作によりサイクリックにAD変換する。このときのデジタル出力コードD(i)をXout_md3bとすると、式(44)を1段目の巡回型AD変換器1aに適用した式のセットリング誤差estAをestABに置き換えればよいので、式(46)となる。 In the third measurement mode 3 in the case of the two-stage cyclic AD converter 1, the first-stage cyclic AD converter when the first-stage and second-stage cyclic AD converters 1a and 1b are connected. The settling error coefficient estAB of 1a is considered separately. That is, in order to sample a signal including a settling error estAB when the first-stage cyclic AD converter 1a is connected to the second-stage cyclic AD converter 1b, the first-stage cyclic AD converter 1a is used. When the AD converter 1a operates in the double amplification phase, the second-stage cyclic AD converter 1b that operates in the sampling phase is connected. FIG. 6 shows the circuit configuration of the first sampling phase and the amplification phase at this time. The operation of each clock in the third measurement mode at this time is shown in FIG. The output voltage Vout_md3b thus sampled is cyclically AD-converted by a normal operation as an input to the first-stage cyclic AD converter 1a. Assuming that the digital output code D A (i) at this time is X out_md3b , the settling error e stA in the equation obtained by applying the equation (44) to the first-stage cyclic AD converter 1a may be replaced with e stAB . Equation (46) is obtained.

また、誤差が大変小さいと仮定した場合、本動作モードで冗長14ビット変換(N=14)を実行すると、式(47)となる。   When it is assumed that the error is very small, when redundant 14-bit conversion (N = 14) is executed in this operation mode, Expression (47) is obtained.

式(46)、式(47)は、2段巡回型AD変換器1において1段目の巡回型AD変換器1aにのみ適用する。   Expressions (46) and (47) are applied only to the first-stage cyclic AD converter 1a in the two-stage cyclic AD converter 1.

(4)第4計測モード
代表して図1に示す巡回型AD変換器1において、第4計測モードにおける計測動作時の最初のサンプリングフェーズ(Sampling phase)及び2倍増幅フェーズ(Amplification phase)の回路構成を図7に示す。この第4計測モードにおける各クロックの動作は、図10に示される。VRH,VRLは、それぞれAD変換範囲の上限、下限を示している。いま、上述した説明と同様にVRH=V,VRL=0とし、オペアンプ12の負入力端子における電荷保存則より、第4計測モードにおけるオペアンプ12の出力電圧Vout_md4は、式(48)となる。
(4) Fourth Measurement Mode In the cyclic AD converter 1 shown in FIG. 1 as a representative, a circuit of the first sampling phase (Sampling phase) and double amplification phase (Amplification phase) during the measurement operation in the fourth measurement mode The configuration is shown in FIG. The operation of each clock in the fourth measurement mode is shown in FIG. V RH and V RL indicate the upper limit and the lower limit of the AD conversion range, respectively. As in the above description, V RH = V r , V RL = 0, and from the charge conservation law at the negative input terminal of the operational amplifier 12, the output voltage V out_md4 of the operational amplifier 12 in the fourth measurement mode is expressed by Equation (48). It becomes.

ここで、オフセット誤差の誤差係数eoffは、スイッチングによるチャージインジェクションとクロックフィードスルー電荷がオペアンプ12の負入力端子に流入することによる誤差に起因するため、eoff>0となるため、出力電圧Vout_md4は確実にAD変換範囲に含まれる。こうしてサンプリングされた出力電圧Vout_md4を巡回型AD変換器1の入力として、通常動作時と同様にサイクリックにAD変換する。式(48)で表される電圧をAD変換したとき、得られるデジタル出力コードDに含まれる誤差は式(37)の形で表されるため、式(48)で表される出力電圧Vout_md4をAD変換して得られる、複数の誤差を含んだデジタル出力コードXout_md4は、式(49)となる。 Here, the error coefficient e off of the offset error is caused by an error due to the charge injection due to switching and the clock feedthrough charge flowing into the negative input terminal of the operational amplifier 12, so that e off > 0, so that the output voltage V out_md4 is definitely included in the AD conversion range. The output voltage Vout_md4 sampled in this way is used as an input to the cyclic AD converter 1, and cyclic AD conversion is performed as in the normal operation. When the voltage represented by Expression (48) is AD-converted, the error included in the obtained digital output code D is represented in the form of Expression (37), and thus the output voltage V out_md4 represented by Expression (48). A digital output code X out_md4 including a plurality of errors, obtained by AD conversion of, is expressed by Equation (49).

尚、式(49)において、デジタル出力コードXout_md4は0近傍のため、誤差が大変小さいと仮定すると、誤差の総計Esumの計算は、式(12)、式(19)及び式(26)の代わりに式(10)、式(18)及び式(25)においてX(i)=0,D(i)=0,D(i)=0とし簡略すると、第4計測モードで例えば冗長14ビット変換(N=14)では、オフセット誤差の誤差係数eoffのみを含む式(50)となる。 In Equation (49), since the digital output code X out_md4 is close to 0, assuming that the error is very small, the total error E sum is calculated using Equation (12), Equation (19), and Equation (26). For example, in Expression (10), Expression (18), and Expression (25), X (i) = 0, D (i) = 0, and D s (i) = 0 are simplified. In the 14-bit conversion (N = 14), Expression (50) including only the error coefficient e off of the offset error is obtained.

また、図2に示す2段巡回型AD変換器1の場合、第4計測モードは、1段目と2段目の巡回型AD変換器1a,1bにそれぞれ適用する。   In the case of the two-stage cyclic AD converter 1 shown in FIG. 2, the fourth measurement mode is applied to the first-stage and second-stage cyclic AD converters 1a and 1b, respectively.

(誤差係数の算出)
図1に示す巡回型AD変換器1の場合、式(38)、式(41)、式(44)、式(49)を連立させることにより、例えば、上述の各動作モードで冗長14ビット変換を実行すると、以下の行列式の形に表される。
(Error coefficient calculation)
In the case of the cyclic AD converter 1 shown in FIG. 1, for example, redundant 14-bit conversion is performed in each of the operation modes described above by combining the equations (38), (41), (44), and (49). Is expressed in the form of a determinant below.

ここに、式(51)における行列内のパラメータは、式(52)、及び式(53)で与えられる。   Here, the parameters in the matrix in Expression (51) are given by Expression (52) and Expression (53).

尚、式(53)で表される係数a,a,bは、動作モードごとにデジタル出力コードを代入して求める。これらの式より、誤差係数は式(54)のように算出することができる。 The coefficients a 1 , a 2 , and b 1 represented by the equation (53) are obtained by substituting the digital output code for each operation mode. From these equations, the error coefficient can be calculated as in Equation (54).

この式(54)で与えられる連立式を解いて各誤差係数を求めるよう補正制御部16における演算部161の機能をコンピュータとして構成した「デジタル補正器」により実行させることで、高精度のデジタル補正が可能となるが、その処理負担を軽減させたい場合には、式(39)、式(42)、式(45)及び式(50)を連立して得られる、式(55)を用いて演算部161の機能を構成することができる。式(55)であれば、補正制御部16における演算部161の機能を比較的簡単な論理回路で構成することができる。   By executing the function of the calculation unit 161 in the correction control unit 16 by a “digital corrector” configured as a computer so as to obtain the respective error coefficients by solving the simultaneous equations given by the equation (54), high-precision digital correction is performed. However, when it is desired to reduce the processing load, the equation (55) obtained by combining the equations (39), (42), (45), and (50) is used. The function of the calculation unit 161 can be configured. If it is Formula (55), the function of the calculating part 161 in the correction | amendment control part 16 can be comprised with a comparatively simple logic circuit.

図2に示す2段巡回型AD変換器1の場合、各計測モードを1段目と2段目の巡回型AD変換器1a,1bに適用することで、上述した1段構成の巡回型AD変換器1の場合と同様にして、1段目の誤差係数emA,emsA,efgA+estA,eoffAと、2段目の誤差係数emB,emsB,efgB+estB,eoffBを算出できる。また、誤差係数estABに関しては、算出した誤差係数emA,emsA,eoffAを式(46)に代入することで、式(56)のように求めることができる。 In the case of the two-stage cyclic AD converter 1 shown in FIG. 2, each measurement mode is applied to the first-stage and second-stage cyclic AD converters 1a and 1b, whereby the above-described one-stage cyclic AD is obtained. Similarly to the case of the converter 1, the first stage error coefficients e mA , e msA , e fgA + est A , e offA and the second stage error coefficients e mB , e msB , e fgB + est B , e offB Can be calculated. Further, the error coefficient e stAB can be obtained as shown in Expression (56) by substituting the calculated error coefficients e mA , e msA , and e offA into Expression (46).

また、簡略化した式(39)、式(42)、式(45)、式(47)、式(50)を連立することにより、1段目の巡回型AD変換器1aの誤差係数については式(57)のように、2段目の巡回型AD変換器1bの誤差係数については式(58)のように算出することもできる。尚、式(57)及び式(58)において、参照符号Xの添え字“ADC_1ST”及び“ADC_2ND”は、1段目の巡回型AD変換器1a及び2段目の巡回型AD変換器1bにおけるそれぞれの誤差係数を含んだデジタル出力コードXを示している。   Further, by combining the simplified expressions (39), (42), (45), (47), and (50), the error coefficient of the first-stage cyclic AD converter 1a is as follows. As in equation (57), the error coefficient of the second-stage cyclic AD converter 1b can be calculated as in equation (58). In the equations (57) and (58), the subscripts “ADC_1ST” and “ADC_2ND” of the reference symbol X are used in the first-stage cyclic AD converter 1a and the second-stage cyclic AD converter 1b. A digital output code X including each error coefficient is shown.

前述した、図8〜図11において、2倍増幅フェーズ及びフィードバックフェーズの時間は、通常動作における2倍増幅フェーズ及びフィードバックフェーズの時間と同じとすることができる。そして、補正制御部16及び動作モード制御部17(或いは補正制御部16a,16b及び動作モード制御部17a,17b)を構成する「デジタル補正器」は、各誤差係数を特定するための各計測モードにより得られたデジタル出力コードを、式(51)〜式(56)、又は、簡略化した式(57)、式(58)に代入することで計測の対象としている巡回型AD変換器1で発生する誤差に起因した誤差係数を高精度で算出することができる。このように計算された各誤差係数は、図1に示す例では、誤差係数用レジスタ162に格納される。   8 to 11 described above, the times of the double amplification phase and the feedback phase can be the same as the times of the double amplification phase and the feedback phase in the normal operation. The “digital corrector” that constitutes the correction control unit 16 and the operation mode control unit 17 (or the correction control units 16a and 16b and the operation mode control units 17a and 17b) includes each measurement mode for specifying each error coefficient. In the cyclic AD converter 1 which is a measurement target by substituting the digital output code obtained by the above equation into the equations (51) to (56) or the simplified equations (57) and (58) It is possible to calculate an error coefficient due to the generated error with high accuracy. Each error coefficient calculated in this way is stored in the error coefficient register 162 in the example shown in FIG.

そして、当該「デジタル補正器」は、このようにして求めた誤差係数を、1段構成の巡回型AD変換器1の場合は、誤差演算器163により、誤差係数用レジスタ162に格納された誤差係数を用いて、式(12)、式(29)、式(32)及び式(34)で、また、2段巡回型AD変換器1の場合は、式(14)、式(30)、式(33)及び式(34)で各誤差に基づく誤差の総計Esumを演算し誤差用レジスタ164に保持させておくことで、減算部165により誤差用レジスタ164に保持させた誤差を用いて、式(35)で表されるデジタル補正の計算式に当てはめて、デジタル補正を行うようにすることで、高精度なデジタル補正処理が可能となる。 Then, in the case of the one-stage cyclic AD converter 1, the “digital corrector” uses the error coefficient stored in the error coefficient register 162 by the error calculator 163. Using the coefficients, the equations (12), (29), (32) and (34) are used. In the case of the two-stage cyclic AD converter 1, the equations (14), (30), By calculating the total error E sum based on each error in Equation (33) and Equation (34) and holding it in the error register 164, the error held in the error register 164 by the subtractor 165 is used. By applying the digital correction to the calculation formula of the digital correction expressed by the equation (35) and performing the digital correction, a highly accurate digital correction process can be performed.

以上、特定の実施形態の例を挙げて本発明を説明したが、本発明は前述の実施形態の例に限定されるものではなく、その技術思想を逸脱しない範囲で種々変形可能である。例えば、上述した実施形態の例では、1段又は2段の巡回型AD変換器1に対する「デジタル補正器」として、補正制御部16及び動作モード制御部17(或いは補正制御部16a,16b及び動作モード制御部17a,17b)をそれぞれ個別の機能ブロックで説明したが、マイクロコンピュータとして構成し、例えば中央演算処理ユニット(CPU)又はASIC(集積回路)の一部の機能、或いはこれらの組み合わせで単一のハードウェア内で構成することができる。   The present invention has been described above with reference to specific embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the technical concept thereof. For example, in the example of the above-described embodiment, the correction control unit 16 and the operation mode control unit 17 (or the correction control units 16a and 16b and the operation) are used as “digital correctors” for the one-stage or two-stage cyclic AD converter 1. The mode control units 17a and 17b) have been described as individual functional blocks. However, the mode control units 17a and 17b are configured as microcomputers, and for example, a part of the functions of a central processing unit (CPU) or ASIC (integrated circuit), or a combination of these functions. It can be configured in one piece of hardware.

また、上述した実施形態の例では、容量ミスマッチ、アンプの有限ゲイン、アンプの不完全なセットリング、オフセット電圧により1段又は2段巡回型AD変換器1で発生する誤差の全てについて計測可能とする好適例を説明したが、上述した本発明に係る技法を利用して、これらの誤差のうち少なくとも1つ以上の誤差を対象にしてデジタル補正を可能に構成することができる。例えば、容量ミスマッチ誤差のみを本発明に係る技法を利用して計測するにあたり、式(34)等で表される誤差係数のうち容量ミスマッチ誤差以外の誤差係数の値をゼロとして扱えばよく、所望の誤差係数を選択的に計測・補正するよう構成することができる。   Further, in the example of the embodiment described above, it is possible to measure all errors generated in the one-stage or two-stage cyclic AD converter 1 due to the capacitance mismatch, the amplifier finite gain, the amplifier incomplete settling, and the offset voltage. Although the preferred example has been described, the technique according to the present invention described above can be used to enable digital correction for at least one of these errors. For example, when only the capacity mismatch error is measured using the technique according to the present invention, the error coefficient value other than the capacity mismatch error among the error coefficients represented by the equation (34) may be treated as zero. The error coefficient can be selectively measured and corrected.

また、上述した例では、CMOSイメージセンサに本発明に係る巡回型AD変換器1を適用する例を好適例として説明したが、これに限定するものではない。   Moreover, although the example which applies the cyclic AD converter 1 which concerns on this invention to a CMOS image sensor was demonstrated as a suitable example in the example mentioned above, it is not limited to this.

本発明によれば、本誤差係数を含む信号を巡回型AD変換器の入力としてサンプリングし、本信号をAD変換して得られた出力コードを基に誤差係数の値を自動的、且つ所望のタイミングで計測可能となるので、巡回型AD変換を利用する用途に有用である。   According to the present invention, a signal including the error coefficient is sampled as an input of the cyclic AD converter, and the error coefficient value is automatically determined based on an output code obtained by performing AD conversion on the signal. Since measurement is possible at timing, it is useful for applications using cyclic AD conversion.

1 巡回型AD変換器
1a 2段巡回型AD変換器における1段目の巡回型AD変換器
1b 2段巡回型AD変換器における2段目の巡回型AD変換器
11,11a,11b デジタル・アナログ変換器(DAC)
12,12a,12b オペアンプ
13,13a,13b サブAD変換器(Sub-ADC)
14,14a,14b DAC制御クロック発生部
15,15a,15b フェーズ制御クロック発生部
16,16a,16b 補正制御部
17,17a,17b 動作モード制御部
161 演算部
162 誤差係数用レジスタ
163 誤差演算器
164 誤差用レジスタ
165 減算器
,Cs1,Cs2,C キャパシタ
sA,Cs1A,Cs2A,CfA キャパシタ
sB,Cs1B,Cs2B,CfB キャパシタ
,S,SMS,S DAC内のスイッチ
PA,SNA,SMSA,SXA DAC内のスイッチ
PB,SNB,SMSB,SXB DAC内のスイッチ
,S,S,S,S,S スイッチ
RA,SSA,S0A,S1A,S2A,S3A スイッチ
RB,SSB,S0B,S1B,S2B,S3B スイッチ
err,Scal 補正制御部内のスイッチ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cyclic AD converter 1a First-stage cyclic AD converter 1b in two-stage cyclic AD converter 1b Second-stage cyclic AD converter 11 in two-stage cyclic AD converter 11, 11a, 11b Digital / analog Converter (DAC)
12, 12a, 12b Operational amplifier 13, 13a, 13b Sub AD converter (Sub-ADC)
14, 14a, 14b DAC control clock generation unit 15, 15a, 15b Phase control clock generation unit 16, 16a, 16b Correction control unit 17, 17a, 17b Operation mode control unit 161 Calculation unit 162 Error coefficient register 163 Error calculator 164 error register 165 subtracter C s, C s1, C s2 , C f capacitor C sA, C s1A, C s2A , C fA capacitor C sB, C s1B, C s2B , C fB capacitor S P, S N, S MS , S X switch S PA in DAC, S NA, S MSA, switch S PB in S XA DAC, S NB, S MSB, S XB switches S R in the DAC, S S, S 0, S 1, S 2, S 3 switches S RA, S SA, S 0A , S 1A, S 2A, S 3A switches S RB, S SB, S 0B, S 1B, S 2B, S 3B switch S err, switches in S cal correction control unit

Claims (8)

内部で発生する所定の誤差の誤差係数を自動計測可能に構成した巡回型AD変換器であって、
入力されるアナログ信号をサンプリングするサンプリング手段と、
複数のキャパシタからなるキャパシタ群及び演算増幅器を有し、前記アナログ信号を分解能に応じた巡回回数でAD変換するために、直前の巡回時における出力を2倍増幅した電圧値に対して、当該直前の巡回時にAD変換されたデジタル出力コードに応じた電圧値で差分した出力を発生するスイッチトキャパシタ増幅手段と、
前記スイッチトキャパシタ増幅手段の出力をAD変換して冗長ビットのデジタル出力コードを生成するサブAD変換手段と、
当該AD変換されたデジタル出力コードに応じた電圧値を生成するDA変換手段と、
前記デジタル出力コードに応じた電圧値を前記DA変換手段が生成するよう制御するDA変換制御手段と、
前記サンプリング手段及び前記スイッチトキャパシタ増幅手段における前記分解能に応じた巡回回数でAD変換するための動作フェーズを切り替え制御するフェーズ制御手段と、
前記キャパシタ群と前記演算増幅器のいずれか一方又は双方に起因する誤差の誤差係数を含む当該スイッチトキャパシタ増幅手段の出力をAD変換して得られるデジタル出力コードから前記誤差係数を特定可能にするために、当該誤差係数を計測するための予め定めた計測モードの回路構成となるよう切り替え可能な複数のスイッチからなるスイッチ群と、
を備えることを特徴とする巡回型AD変換器。
A cyclic AD converter configured to automatically measure an error coefficient of a predetermined error generated internally,
Sampling means for sampling an input analog signal;
A capacitor group including a plurality of capacitors and an operational amplifier, and for analog-to-digital conversion of the analog signal with the number of cycles according to the resolution, a voltage value obtained by amplifying the output at the previous cycle by a factor of 2 Switched capacitor amplifying means for generating an output that is a difference in voltage value according to a digital output code that is AD-converted at the time of circulation;
Sub AD conversion means for generating a redundant bit digital output code by AD converting the output of the switched capacitor amplification means;
DA conversion means for generating a voltage value corresponding to the AD-converted digital output code;
DA conversion control means for controlling the DA conversion means to generate a voltage value corresponding to the digital output code;
Phase control means for switching and controlling an operation phase for AD conversion with the number of cycles according to the resolution in the sampling means and the switched capacitor amplification means;
In order to make it possible to specify the error coefficient from a digital output code obtained by AD-converting the output of the switched capacitor amplification means including an error coefficient of an error caused by one or both of the capacitor group and the operational amplifier A switch group composed of a plurality of switches that can be switched so as to have a circuit configuration in a predetermined measurement mode for measuring the error coefficient;
A cyclic AD converter comprising:
請求項1に記載の巡回型AD変換器が2段縦列接続されていることを特徴とする巡回型AD変換器。   A cyclic AD converter according to claim 1, wherein the cyclic AD converter according to claim 1 is connected in two stages in cascade. 前記スイッチ群は、当該予め定めた計測モードの回路構成として前記誤差係数の種類数以上の回路構成を実現可能に配置されていることを特徴とする、請求項1又は2に記載の巡回型AD変換器。   3. The cyclic AD according to claim 1, wherein the switch group is arranged so that a circuit configuration equal to or more than the number of types of the error coefficients can be realized as the circuit configuration of the predetermined measurement mode. converter. 前記誤差は、前記キャパシタ群の容量ミスマッチ誤差、前記演算増幅器の有限ゲイン誤差、前記演算増幅器のセットリング誤差、及び前記演算増幅器のオフセット誤差のうち1つ以上の誤差を含み、前記スイッチ群は、該誤差の誤差係数を計測するための予め定めた計測モードの回路構成となるよう切り替え可能に配置されていることを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載の巡回型AD変換器。   The error includes one or more errors of a capacitance mismatch error of the capacitor group, a finite gain error of the operational amplifier, a settling error of the operational amplifier, and an offset error of the operational amplifier, and the switch group includes: 4. The cyclic AD according to claim 1, wherein the cyclic AD is arranged to be switchable so as to have a circuit configuration of a predetermined measurement mode for measuring an error coefficient of the error. 5. converter. 前記スイッチ群は、前記キャパシタ群の容量ミスマッチ誤差、前記演算増幅器の有限ゲイン誤差、前記演算増幅器のセットリング誤差、及び前記演算増幅器のオフセット誤差の全ての誤差係数を計測するための予め定めた計測モードの回路構成となるよう切り替え可能に配置されていることを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載の巡回型AD変換器。   The switch group is a predetermined measurement for measuring all error coefficients of a capacitance mismatch error of the capacitor group, a finite gain error of the operational amplifier, a settling error of the operational amplifier, and an offset error of the operational amplifier. The cyclic AD converter according to any one of claims 1 to 3, wherein the cyclic AD converter is arranged so as to be switchable so as to have a mode circuit configuration. 前記スイッチ群は、前記誤差係数を含む当該演算増幅器の出力をAD変換した際に、当該巡回型AD変換器のフルスケール内で計測可能なバイアスが生じる回路構成となるよう配置されていることを特徴とする、請求項1から5のいずれか一項に記載の巡回型AD変換器。   The switch group is arranged to have a circuit configuration in which a bias that can be measured within the full scale of the cyclic AD converter is generated when the output of the operational amplifier including the error coefficient is AD converted. The cyclic AD converter according to claim 1, wherein the cyclic AD converter is characterized in that 請求項1から6のいずれか一項に記載の巡回型AD変換器に対して、当該誤差係数を計測するよう前記スイッチ群を切り替え指示する手段と、
該切り替え指示により計測された当該誤差係数を含む電圧値のデジタル出力コードから、対応する誤差を算出し当該アナログ信号のデジタル出力から減算する手段と、
を備えることを特徴とする、巡回型AD変換器用のデジタル補正器。
Means for instructing the cyclic AD converter according to any one of claims 1 to 6 to switch the switch group so as to measure the error coefficient;
Means for calculating a corresponding error from the digital output code of the voltage value including the error coefficient measured by the switching instruction and subtracting from the digital output of the analog signal;
A digital corrector for a cyclic AD converter, comprising:
請求項1から6のいずれか一項に記載の巡回型AD変換器に対して当該アナログ信号の誤差をデジタル領域で補正するデジタル補正方法であって、
該巡回型AD変換器に対して当該誤差係数を計測するよう前記スイッチ群を切り替え指示するステップと、
該切り替え指示により計測された当該誤差係数を含む電圧値のデジタル出力コードから、対応する誤差を算出し当該アナログ信号のデジタル出力から減算するステップと、
を含むことを特徴とする、巡回型AD変換器用のデジタル補正方法。
A digital correction method for correcting an error of the analog signal in a digital domain with respect to the cyclic AD converter according to any one of claims 1 to 6,
Instructing the cyclic AD converter to switch the switch group to measure the error coefficient;
Calculating a corresponding error from the digital output code of the voltage value including the error coefficient measured by the switching instruction, and subtracting from the digital output of the analog signal;
A digital correction method for a cyclic AD converter, comprising:
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