JP2018110455A - Analog-to-digital converter and diagnosis probe - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アナログデジタル変換器に関し、特に診断用プローブおよび診断用プローブを具備する医療診断システムに用いて有用なサイクリック型アナログデジタル変換器に関する。 The present invention relates to an analog-digital converter, and more particularly to a cyclic analog-digital converter useful for a diagnostic probe and a medical diagnostic system including the diagnostic probe.
医療診断システムを構成する診断装置としては、例えば超音波診断装置、X線CTスキャナ装置等がある。これらの診断装置の多くは、人体に当接される診断用プローブ(X線CTスキャナなどの場合の可動型検出部を含む)とともに用いられ、医療診断システムを構成する。診断をより正確に行うことが可能となるように、医療診断システムでは、人体の体内画像の高解像度化が要求されている。診断用プローブで測定した信号はアナログ信号であり、診断装置内では、デジタル信号で処理が行われる。そのため、医療診断システムには、アナログデジタル変換器が設けられている。 Examples of the diagnostic apparatus constituting the medical diagnostic system include an ultrasonic diagnostic apparatus and an X-ray CT scanner apparatus. Many of these diagnostic apparatuses are used together with a diagnostic probe (including a movable detection unit in the case of an X-ray CT scanner or the like) that comes into contact with a human body to constitute a medical diagnostic system. In medical diagnosis systems, it is required to increase the resolution of in-vivo images of the human body so that diagnosis can be performed more accurately. The signal measured by the diagnostic probe is an analog signal, and processing is performed with a digital signal in the diagnostic apparatus. Therefore, an analog / digital converter is provided in the medical diagnosis system.
体内画像の高解像度化の要求にともない、医療診断システムに、より高性能で、より多くの数のアナログデジタル変換器を設けることが要求されている。例えば、数10Msps以上の高速な変換レートで、10数ビット以上の高い分解能を備えるような高性能アナログデジタル変換器を多数個、医療診断システムに設けることが要求される。また、このような高性能アナログデジタル変換器を、診断用プローブ内に設ける場合、診断用プローブの小型化等の観点から、高性能アナログデジタル変換器には、その占有面積と消費電力を、従来に比べて桁違いに小さくすることが要求される。すなわち、診断用プローブに搭載するアナログデジタル変換器としては、占有面積と消費電力が小さく、数10Msps以上の高速な変換レートで、10数ビット以上の高い分解能を備えた高性能アナログデジタル変換器が要求されることになる。 With the demand for higher resolution of in-vivo images, medical diagnostic systems are required to be provided with a higher number of analog-digital converters with higher performance. For example, a medical diagnosis system is required to have many high-performance analog-digital converters having a high conversion rate of several tens of Msps or more and a high resolution of ten or more bits. When such a high-performance analog-digital converter is provided in a diagnostic probe, from the viewpoint of miniaturization of the diagnostic probe, the high-performance analog-digital converter has the occupied area and power consumption of the conventional one. It is required to be an order of magnitude smaller than That is, as an analog-digital converter mounted on a diagnostic probe, a high-performance analog-digital converter having a small area and power consumption, a high conversion rate of several tens Msps or more, and a high resolution of ten or more bits. Will be required.
占有面積の小さな、言い換えると小面積実装に適したアナログデジタル変換器として、サイクリック型アナログデジタル変換器が知られている。サイクリック型アナログデジタル変換器は、例えば非特許文献1に開示されている。
A cyclic analog-digital converter is known as an analog-digital converter having a small occupation area, in other words, suitable for mounting in a small area. A cyclic analog-digital converter is disclosed in Non-Patent
ここで、サイクリック型アナログデジタル変換器について、その構成と動作を説明しておく。図9(a)から(d)および図10は、本願発明者が、本願発明に先立って、サイクリック型アナログデジタル変換器900を検討するために作成した図である。
Here, the configuration and operation of the cyclic analog-digital converter will be described. FIGS. 9A to 9D and FIG. 10 are diagrams created by the present inventor in order to study the cyclic analog-
図9(a)は、1段の乗算型デジタルアナログ変換回路(Multiplying DAC:以下、MDACとも称する)901を用いて構成したサイクリック型アナログデジタル変換器900の構成を示すブロック図である。図9(b)は、図9(a)に示したMDAC901による変換動作を示すタイミング図である。また、図9(c)は、2個のMDAC901a、901bを直列に接続し、2段のMDACにより構成したサイクリック型アナログデジタル変換器900の構成を示す図である。図9(d)は、図9(c)に示した2段のMDAC901a、901bによる変換動作を示すタイミング図である。特に制限されないが、MDAC901、901aおよび901bは、互いに同じ構成にされており、その構成例が、図10に示されている。
FIG. 9A is a block diagram showing a configuration of a cyclic analog-to-
図9(a)において、サイクリック型アナログデジタル変換器900は、MDAC901とスイッチ904とを具備している。先ず、スイッチ904を下側にして、スイッチ904のノード904aとノード904cとの間が導通状態にされる。これにより、アナログ信号である入力信号902がMDAC901に供給される。スイッチ904が下側にされたときに、供給された入力信号が、この例では4ビットのデジタル信号D1からD4へ変換される。この4ビットのデジタル変換において、MDAC901は、入力信号を、デジタル信号の上位ビット側(例えば、D1)から下位ビット側(例えば、D4)に向けて1ビットずつ時系列的に変換を行う。
9A, the cyclic analog-
すなわち、MDAC901は、供給された入力信号をサンプリングし、サンプリングした電圧値に対応する1ビット(例えば、D1)のデジタル値を求め、出力する。次に、求めた1ビット(例えば、D1)のデジタル値に対応する電圧とサンプリングにより得た入力電圧との間の残差(差分)を求め、それを増幅し、増幅により得た残差電圧を経路903を介してスイッチ904のノード904bへ供給する。スイッチ904は、アナログデジタル変換動作を行っている期間は、ノード904bとノード904cとの間が導通するように、上側にされている。これにより、増幅された残差電圧は、再びMDAC901に入力され、サンプリングと増幅動作が行われる。このサンプリングの際に、次のビット(例えば、D2)が求められ、出力される。このようにして、アナログ信号が4ビットのデジタル信号へ変換される。ここで、各D1〜D4は、例えば±1の2値や、±1、0の3値をとる。
That is, the
図9(b)において、1S、2S、3S、4Sのそれぞれは、MDAC901によって、サンプリングをしている期間(サンプリング期間)を示しており、1A、2A、3A、4Aのそれぞれは、残差を増幅している期間(残差増幅期間)を示している。特に制限されないが、サンプリング期間と残差増幅期間はほぼ同じ時間となっている。この例では、アナログ信号を4ビットのデジタル信号へ変換するため、1回の変換周期は、図9(b)に示すように、サンプリング期間1Sから残差増幅期間4Aまでとなる。時系列的にアナログ信号をデジタル信号へ変換するときには、変換周期が繰り返されることになる。
In FIG. 9B, each of 1S, 2S, 3S, and 4S indicates a period during which sampling is performed by the MDAC 901 (sampling period), and each of 1A, 2A, 3A, and 4A indicates a residual. An amplifying period (residual amplification period) is shown. Although not particularly limited, the sampling period and the residual amplification period are substantially the same time. In this example, since an analog signal is converted into a 4-bit digital signal, one conversion cycle is from a
図9(c)には、別のサイクリック型アナログデジタル変換器900の構成が示されている。同図において、901aおよび901bのそれぞれは、図9(a)に示したMDAC901と同様な構成を有するMDACである。ただし、MDAC901a(901b)は、MDAC901と異なり、入力信号を2ビットのデジタル信号D1、D3(D2、D4)に変換する。また、MDAC901aの出力は、経路906を介してMDAC901bの入力に接続され、MDAC901bの出力は、経路905を介してスイッチ904のノード904bに接続されている。すなわち、MDAC901aと901bは、直列に接続され、2段の構成にされている。
FIG. 9C shows the configuration of another cyclic analog-
MDAC901aとMDAC901bは、互いにオーバーラップするように動作する。すなわち、図9(d)に示すように、MDAC901aのサンプリング期間(1S、3S)とMDAC901bの残差増幅期間(4A、2A)とがオーバーラップし、MDAC901aの残差増幅期間(1A、3A)とMDAC901bのサンプリング期間(2S、4S)とがオーバーラップする。これにより、それぞれのMDAC901a、901bでの変換周期を、図9(b)に示した変換周期の半分にすることが可能である。また、この場合、MDAC901aから2ビットのデジタル信号(D1、D3)が、サンプリング期間1S、3Sにおいて出力され、MDAC901bからは2ビットのデジタル信号(D2、D4)が、サンプリング期間2S、4Sにおいて出力される。その結果、変換ビット数は図9(a)に示したサイクリック型アナログデジタル変換器と同様でありながら、変換周期の短縮化を図ることが可能である。すなわち、変換レートを2倍にすることが可能となる。しかしながら、2段のMDACを用いるため、実装面積(占有面積)が増加することが考えられる。
The MDAC 901a and the MDAC 901b operate so as to overlap each other. That is, as shown in FIG. 9D, the sampling period (1S, 3S) of
図9(a)および図9(c)に示したサイクリック型アナログデジタル変換器において、さらに高速な変換レートを実現するためには、MDAC901,901a、901bにおいて行う各ビットの変換処理時間の短縮化が必要とされる。
In the cyclic analog-digital converter shown in FIGS. 9A and 9C, in order to realize a higher conversion rate, the conversion processing time of each bit performed in the
次に、本願発明者が検討した乗算型デジタルアナログ変換回路(MDAC)901について、図10を基に説明をする。 Next, a multiplying digital-to-analog converter circuit (MDAC) 901 examined by the present inventors will be described with reference to FIG.
MDAC901は、基本的にはアナログ回路により構成されており、入力信号Vinを粗く量子化する粗量子化器1000、デジタルアナログ変換部(DAC)1001、差分器1002および増幅部1003を有している。ここで、入力信号Vinは、図9(a)あるいは図9(c)においてスイッチ904を介してMDAC901に供給された信号である。また、増幅部1003の出力Voutは、図9(a)あるいは図9(c)において、経路903、905あるいは906に供給される信号である。
The
入力電圧Vinは、粗量子化器1000により粗く量子化され、その結果がMDAC900の出力であるデジタル信号Di(i番目のビット)となる。また、このデジタル信号Diは、デジタルアナログ変換部1001によって、デジタル信号Diに対応したアナログ電圧に、再度変換される。変換されたアナログ電圧は、差分器1002によって、入力電圧Vinとの間の差分が求められる。この差分は、入力電圧Vinから、デジタル信号Diに対応する電圧を差し引いた電圧であるため、残差電圧となる。この残差電圧は、利得Gを有する増幅部1003で増幅され、MDACの出力Voutとなる。この出力Voutが、MDAC901の次回の入力電圧Vinとなり、次のビットを求める変換処理が行われる。このような動作(MDAC動作)を、N回繰り返すことで最終的にNビットのデジタル信号D1〜DNを得る。なお、図9(a)に示した例では、MDAC動作(変換処理)が4回実行されている。
The input voltage Vin is roughly quantized by the
このとき、入力信号であるアナログ電圧Vinとデジタル信号D1〜DNとの関係は、式(1)で表される。ここで、Qは、粗量子化器1000で生じる量子化誤差であり、Giは、i段目(i=1〜N−1)のMDACにおける増幅部1003の利得であり、Vrefは、基準電圧である。なお、図9(c)に示したように、複数のMDAC901a、901bを直列に接続した場合、それぞれのMDACにおける増幅部1003の利得Gが、MDAC間でばらつくことが想定されるため、式(1)では、各MDACにおける利得を別々に表している。勿論、図9(a)のように、1段のMDAC901でサイクリック型アナログデジタル変換器900を構成する場合には、式(1)における利得G1〜GN−1のそれぞれは、MDAC901における増幅部1003の利得Gとして良い。
At this time, the relationship between the analog voltage Vin, which is an input signal, and the digital signals D 1 to DN is expressed by Expression (1). Here, Q is a quantization error generated in the
ここで、式(1)の最終項(Q/G1・G2・・・GN−2・GN−1)を除いた項が、アナログデジタル変換結果に相当する。すなわち、最終項を除いた項部分が、入力電圧Vinとデジタル信号D1〜DNとの関係を表している。この場合、最終項は変換誤差に相当する。したがって、サイクリック型アナログデジタル変換器においては、MDACに設けられている増幅部1003の利得G(言い換えるならば、残差増幅率)を1より大きくし、変換回数Nを増やすことにより、変換誤差を低減することが可能となる。
Here, the term excluding the final term (Q / G 1 · G 2 ... GN−2 · G N-1 ) in the equation (1) corresponds to the analog-digital conversion result. That is, the term portion excluding the final term represents the relationship between the input voltage Vin and the digital signals D 1 to DN . In this case, the last term corresponds to a conversion error. Therefore, in the cyclic analog-digital converter, the conversion error is increased by increasing the gain G (in other words, residual amplification factor) of the
非特許文献1は、MDACを用いたサイクリック型アナログデジタル変換器を開示している。非特許文献1に記載されているMDACにおいては、残差の増幅を、オペアンプの帰還動作により実現している。サイクリック型アナログデジタル変換器の変換レートを高速化するためには、上記したように、各ビットの変換処理時間を短縮する必要がある。非特許文献1において、変換処理時間を短縮するためには、オペアンプとして広帯域のオペアンプを用いることが要求され、オペアンプの消費電力が増大することが考えられる。すなわち、変換レートを高速化する場合、サイクリック型アナログデジタル変換器の消費電力が増大することが考えられる。
非特許文献2には、パイプライン型アナログデジタル変換器が開示されている。この非特許文献2では、オペアンプを用いずに残差増幅を実現する技術が開示されている。この非特許文献2に示されている技術を検討するために、非特許文献2の開示内容を基にして、本願発明者は検討回路の図を作成した。図11は、本願発明者により作成された検討回路の構成を示す説明図である。次に、この検討回路について説明する。
図11に示した検討回路は、容量素子C11、C12、スイッチ1101および粗量子化器1100を具備している。検討回路の動作は、図9(a)および図9(b)に示したMDAC901と同様に、サンプリング期間(図11において矢印の左側)と残差増幅期間(図11において矢印の右側)とに分かれている。すなわち、サンプリング期間で動作し、次に残差増幅期間で動作する。また、入力信号Vinとしては、該入力信号に対応する正相入力信号+Vinと、正相入力信号Vinに対して逆(反転)位相を有する逆相入力信号―Vinとが供給される。
The study circuit shown in FIG. 11 includes capacitive elements C11 and C12, a
サンプリング期間において、容量素子C11の一方の電極には、正相入力信号+Vinが供給され、容量素子C12の一方の電極には、逆相入力信号―Vinが供給される。同図では、正相入力信号+Vinと逆相入力信号―Vinとが、反転位相であることを明示するために、正相入力信号+Vinと逆相入力信号―Vinとをそれぞれ正弦波と反転した正弦波で描いているが、サンプリング期間において容量素子C11およびC12のそれぞれの一方の電極に供給される入力信号は、例えば図11において、時刻t1における信号(電圧)である。この時刻t1において、容量素子C11およびC12のそれぞれの他方の電極は、交流グランド(接地電圧Vs)に接続されている。すなわち、サンプリング期間においては、所謂疑似差動が構成されている。これにより、サンプリング期間において、容量素子C11の一対の電極間には、交流グランド(Vs)に対して正相入力信号+Vinが印加され、電荷の充電が行われる。同様に、容量素子C12の一対の電極間には、交流グランド(Vs)に対して逆相入力信号―Vinが印加され、電荷の充電が行われる。 In the sampling period, the positive phase input signal + Vin is supplied to one electrode of the capacitive element C11, and the negative phase input signal −Vin is supplied to one electrode of the capacitive element C12. In the figure, in order to clearly indicate that the positive phase input signal + Vin and the negative phase input signal −Vin are in the inverted phase, the positive phase input signal + Vin and the negative phase input signal −Vin are respectively inverted with the sine wave. Although drawn as a sine wave, the input signal supplied to one electrode of each of the capacitive elements C11 and C12 in the sampling period is, for example, a signal (voltage) at time t1 in FIG. At the time t1, the other electrode of each of the capacitive elements C11 and C12 is connected to an AC ground (ground voltage Vs). That is, a so-called pseudo differential is configured in the sampling period. Thus, during the sampling period, the positive phase input signal + Vin is applied to the AC ground (Vs) between the pair of electrodes of the capacitive element C11, and charge is charged. Similarly, a negative-phase input signal −Vin is applied to the AC ground (Vs) between the pair of electrodes of the capacitive element C12, and charge is charged.
また、サンプリング期間において、粗量子化器1100は、入力信号Vinを量子化する。図11では、入力信号の電圧範囲を3段階にわけ、入力信号の電圧がどの範囲に存在しているかを、粗量子器1100によって判定することにより、量子化が行われる。ここでは、入力信号の電圧値によって、0、+1、−1のいずれかを表すデジタル信号Diが、粗量子化器1100から出力される。
In the sampling period, the
次に、残差増幅期間において、容量素子C11の他方の電極に、容量素子C12の一方の電極が接続され、容量素子C12の他方の電極はスイッチ1101に接続される。また、容量素子C11の一方の電極から出力信号Voutが取り出される。スイッチ1101は、3個のスイッチ1102〜1104を含んでおり、デジタル信号Diの値に従って3個のスイッチ1102〜1104のいずれかがオン状態となる。これにより、デジタル信号Diの値に従って容量素子C12の他方の電極に、基準電圧Vref、0Vおよび−Vrefのいずれかが印加される。
Next, in the residual amplification period, one electrode of the capacitive element C12 is connected to the other electrode of the capacitive element C11, and the other electrode of the capacitive element C12 is connected to the
残差増幅期間においては、サンプリング期間において電荷充電された容量素子C11とC12とが直列接続されることになる。そのため、電荷保存則に従って、容量素子C12の他方の電極に対して出力信号Voutの電圧値は、入力信号Vinの例えば2倍となる。また、容量素子C12の他方の電極には、デジタル信号Diの値に従った電圧(+Vref、0V、−Vref)が印加されるため、出力信号Voutは、変換したデジタル信号Diの値を反映した値(残差)となる。このような一連の動作(サンプリング期間の動作および残差増幅期間の動作)を行うことによって、MDACにおける残差増幅と同様の機能を提供することが可能となる。なお、容量素子C11とC12の容量値を同じ容量値Cとした場合、残差増幅率Gは、ほぼ2倍となる。 In the residual amplification period, the capacitive elements C11 and C12 that are charged in the sampling period are connected in series. Therefore, according to the law of conservation of charge, the voltage value of the output signal Vout with respect to the other electrode of the capacitive element C12 is, for example, twice the input signal Vin. Further, the other electrode of the capacitor C12, a voltage in accordance with the value of the digital signal D i (+ Vref, 0V, -Vref) because is applied, the output signal Vout is a value of the converted digital signal D i The reflected value (residual). By performing such a series of operations (operation in the sampling period and operation in the residual amplification period), it is possible to provide the same function as the residual amplification in MDAC. When the capacitance values of the capacitive elements C11 and C12 are the same capacitance value C, the residual gain G is almost doubled.
この検討回路によれば、オペアンプを用いずに、MDACを構成することが可能となる。しかしながら、合計2Cの容量値の容量素子が必要であり、占有面積が増加することが考えられる。また、+Vref、0V、−Vrefと言う3種類の基準電圧を生成する必要があるため、これらの基準電圧を生成する基準電圧発生回路で消費電力が増加し、全体の消費電力が増加することが考えられる。 According to this examination circuit, an MDAC can be configured without using an operational amplifier. However, a capacitive element having a total capacitance value of 2C is necessary, and the occupied area may be increased. In addition, since it is necessary to generate three types of reference voltages, + Vref, 0V, and −Vref, the power consumption increases in the reference voltage generation circuit that generates these reference voltages, and the overall power consumption may increase. Conceivable.
本発明の目的は、占有面積の増加を抑制することが可能なアナログデジタル変換器を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an analog-digital converter capable of suppressing an increase in occupied area.
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。 Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
すなわち、アナログデジタル変換器は、1以上の乗算型デジタルアナログ変換回路を具備し、乗算型デジタルアナログ変換回路は、入力信号をサンプリングし、増幅する容量回路と、入力信号を量子化する量子化器と、量子化器の出力に従って容量回路に供給される電圧を定める制御回路とを有する。ここで、容量回路は、入力信号をサンプリングするとき、入力信号に対応する正相信号が供給される第1電極と、正相信号に対して逆位相の逆相信号が供給される第2電極とを有する第1容量素子と、正相信号が供給される第1電極と、逆相信号が供給される第2電極とを有する第2容量素子とを含んでいる。入力信号を増幅するとき、第1容量素子および第2容量素子のそれぞれの第2電極に、制御回路から量子化器の出力に従った電圧が供給され、第1容量素子および第2容量素子の第1電極における信号が、増幅された増幅信号とされる。 That is, the analog-to-digital converter includes one or more multiplying-type digital-to-analog conversion circuits, and the multiplying-type digital-to-analog conversion circuit includes a capacitor circuit that samples and amplifies the input signal, and a quantizer that quantizes the input signal. And a control circuit that determines a voltage supplied to the capacitor circuit according to the output of the quantizer. Here, when sampling the input signal, the capacitor circuit is supplied with a first electrode to which a positive phase signal corresponding to the input signal is supplied, and a second electrode to which a negative phase signal having an opposite phase to the positive phase signal is supplied. And a second capacitor element having a first electrode to which a positive phase signal is supplied and a second electrode to which a negative phase signal is supplied. When amplifying the input signal, a voltage according to the output of the quantizer is supplied from the control circuit to the second electrodes of the first capacitor element and the second capacitor element, and the first capacitor element and the second capacitor element The signal at the first electrode is an amplified signal.
入力信号をサンプリングするとき、第1容量素子および第2容量素子のそれぞれの第1電極と第2電極との間には、正相信号と逆相信号との間の電圧差が印加されるため、同一容量値に対して、第1容量素子および第2容量素子のそれぞれに蓄積される電荷量を多くすることが可能となる。これにより、容量回路に含まれる第1容量素子および第2容量素子の容量値を低減できるため、これらの容量素子の小型化が可能となり、アナログデジタル変換器の占有面積が増加するのを抑制することが可能となる。 When sampling the input signal, a voltage difference between the positive phase signal and the negative phase signal is applied between the first electrode and the second electrode of each of the first capacitive element and the second capacitive element. Therefore, it is possible to increase the amount of charge accumulated in each of the first capacitor element and the second capacitor element with respect to the same capacitance value. Thereby, since the capacitance values of the first capacitor element and the second capacitor element included in the capacitor circuit can be reduced, it is possible to reduce the size of these capacitor elements and suppress an increase in the area occupied by the analog-digital converter. It becomes possible.
また、容量回路に含まれる容量素子の容量比によって、基準電圧が等価的に設定され、入力信号を増幅するとき、基準電圧に基づいた量子化により得られた量子化器の出力に従って、第1容量素子および第2容量素子の第2電極に供給される電圧が定められる。これにより、制御回路は、量子化器の出力に従って、例えば電源電圧あるいは接地電圧を第1容量素子および第2容量素子の第2電極に供給することにより、基準電圧に基づいた量子化器の出力を、増幅信号に反映することが可能となる。その結果として、第1容量素子および第2容量素子のそれぞれの第2の電極に供給される電圧を形成する回路で消費電力が増加するのを抑制することが可能となり、アナログデジタル変換器の消費電力が増加するのを抑制することが可能となる。 Further, when the reference voltage is equivalently set by the capacitance ratio of the capacitive element included in the capacitive circuit and the input signal is amplified, the first voltage is determined according to the output of the quantizer obtained by the quantization based on the reference voltage. A voltage supplied to the second electrode of the capacitive element and the second capacitive element is determined. Thereby, the control circuit supplies the power supply voltage or the ground voltage to the second electrode of the first capacitor element and the second capacitor element according to the output of the quantizer, for example, thereby outputting the quantizer output based on the reference voltage. Can be reflected in the amplified signal. As a result, it is possible to suppress an increase in power consumption in a circuit that forms a voltage supplied to the second electrode of each of the first capacitor element and the second capacitor element. It is possible to suppress an increase in power.
また、一実施の形態においては、乗算型デジタルアナログ変換回路に含まれている容量回路は、それぞれ第1電極と第2電極とを有する第1および第2容量素子を含む第1容量バンクと、それぞれ第1電極と第2電極とを有する第3および第4容量素子を含む第2容量バンクとを具備する。ここで、入力信号をサンプリングするとき、第1、第2、第3および第4容量素子のそれぞれの第1電極には、正相信号が供給され、第1、第2、第3および第4容量素子のそれぞれの第2電極には、逆相信号が供給される。また、入力信号を増幅するときには、第1および第2容量素子のそれぞれの第1電極は、乗算型デジタルアナログ変換回路の出力ノードとされ、第3および第4容量素子のそれぞれの第1電極は、第1および第2容量素子のそれぞれの第2電極に結合され、第3および第4容量素子のそれぞれの第2電極には、制御回路からの電圧が供給される。 In one embodiment, the capacitor circuit included in the multiplying digital-to-analog converter circuit includes a first capacitor bank including first and second capacitor elements each having a first electrode and a second electrode; And a second capacitor bank including third and fourth capacitors each having a first electrode and a second electrode. Here, when sampling the input signal, a positive phase signal is supplied to each of the first electrodes of the first, second, third and fourth capacitive elements, and the first, second, third and fourth are supplied. A negative phase signal is supplied to each second electrode of the capacitive element. When the input signal is amplified, the first electrodes of the first and second capacitors are used as output nodes of the multiplying digital-analog converter circuit, and the first electrodes of the third and fourth capacitors are The second electrodes of the first and second capacitive elements are coupled to the second electrodes, and the voltage from the control circuit is supplied to the second electrodes of the third and fourth capacitive elements.
この一実施の形態によれば、第1容量バンク内の第1容量素子および第2容量素子と、第2容量バンク内の第3容量素子および第4容量素子とが、入力信号を増幅するとき、直列に接続される。これにより、乗算型デジタルアナログ変換回路の増幅利得を4倍程度にすることが可能となる。 According to this embodiment, when the first capacitor element and the second capacitor element in the first capacitor bank and the third capacitor element and the fourth capacitor element in the second capacitor bank amplify the input signal. Connected in series. This makes it possible to increase the amplification gain of the multiplying digital-to-analog converter circuit by about four times.
さらに、一実施の形態においては、診断用プローブが開示されている。診断用プローブは、それぞれ被測定信号を入力信号として受ける複数のアナログデジタル変換器を具備している。また、複数のアナログデジタル変換器のそれぞれは、乗算型デジタルアナログ変換回路を有している。ここで、乗算型デジタルアナログ変換回路のそれぞれは、基準電圧に基づいて入力信号を量子化する量子化器と、入力信号をサンプリングし、増幅するパッシブ回路と、パッシブ回路の出力を受けるバッファ回路と、量子化器の出力に従って、パッシブ回路に供給する電圧を形成する制御回路とを具備している。パッシブ回路は、先に述べた第1容量素子および第2容量素子を含んでおり、受動素子により構成されている。これにより、パッシブ回路で消費電力が増加するのを抑制することが可能である。 Furthermore, in one embodiment, a diagnostic probe is disclosed. The diagnostic probe includes a plurality of analog-digital converters each receiving a signal under measurement as an input signal. Each of the plurality of analog-digital converters has a multiplication type digital-analog conversion circuit. Here, each of the multiplying digital-to-analog conversion circuits includes a quantizer that quantizes an input signal based on a reference voltage, a passive circuit that samples and amplifies the input signal, and a buffer circuit that receives an output of the passive circuit. And a control circuit for generating a voltage to be supplied to the passive circuit according to the output of the quantizer. The passive circuit includes the first capacitive element and the second capacitive element described above, and is composed of passive elements. Thereby, it is possible to suppress an increase in power consumption in the passive circuit.
さらに、診断用プローブに関する形態においては、複数のアナログデジタル変換器が、1個の半導体集積回路装置内に形成され、複数のアナログデジタル変換器のそれぞれにおける制御回路には、共通の電圧が供給される。制御回路に供給されている電圧は、パッシブ回路で入力信号を増幅するとき、第1容量素子および第2容量素子のそれぞれの第2電極に供給されるものであり、基準の電圧となるものである。この一実施の形態のように、制御回路に供給される電圧を、複数のアナログデジタル変換器間で、共通にすることにより、複数のアナログデジタル変換器間で、基準となる電圧がばらつくことを抑制することが可能となり、被測定信号間での測定バラツキの低減を図ることが可能となり、精度の良い診断用プローブを提供することが可能となる。 Furthermore, in the form relating to the diagnostic probe, a plurality of analog-digital converters are formed in one semiconductor integrated circuit device, and a common voltage is supplied to the control circuit in each of the plurality of analog-digital converters. The The voltage supplied to the control circuit is supplied to the second electrodes of the first capacitor element and the second capacitor element when the input signal is amplified in the passive circuit, and becomes a reference voltage. is there. As in this embodiment, by making the voltage supplied to the control circuit common among the plurality of analog-digital converters, the reference voltage varies among the plurality of analog-digital converters. It becomes possible to suppress the measurement variation among the signals under measurement, and it is possible to provide an accurate diagnostic probe.
さらに、一実施の形態においては、上記した診断用プローブと診断装置とを具備する診断システムが開示されている。診断用プローブにおいて、被測定信号はデジタル信号へ変換され、無線信号として診断装置へ供給される。そのため、取り扱いが容易な診断システムを提供することが可能となる。 Furthermore, in one embodiment, a diagnostic system including the above-described diagnostic probe and diagnostic apparatus is disclosed. In the diagnostic probe, the signal under measurement is converted into a digital signal and supplied to the diagnostic apparatus as a radio signal. Therefore, it is possible to provide a diagnostic system that is easy to handle.
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。 Of the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.
すなわち、占有面積の増加を抑制することが可能なアナログデジタル変換器を提供することができる。 That is, it is possible to provide an analog-digital converter that can suppress an increase in occupied area.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部分には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は、原則として省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment, and the repetitive description thereof will be omitted.
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。また、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことはいうまでもない。 In the following embodiments, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant to each other. There are some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like. Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number. Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and clearly considered essential in principle. Needless to say.
同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。 Similarly, in the following embodiments, when referring to the shapes, positional relationships, etc. of the components, etc., the shapes are substantially the same unless otherwise specified, or otherwise apparent in principle. And the like are included. The same applies to the above numerical values and ranges.
(基本的概念)
複数の実施の形態について、以下に説明するが、先ず、基本的な概念について、図8を用いて説明する。ここでは、乗算型デジタルアナログ変換回路について説明する。ここで説明する乗算型デジタルアナログ変換回路(MDAC)は、例えば図9において説明したように用いることにより、サイクリック型アナログデジタル変換器を構成する。
(Basic concept)
A plurality of embodiments will be described below. First, a basic concept will be described with reference to FIG. Here, a multiplication type digital-analog conversion circuit will be described. The multiplying digital-to-analog converter circuit (MDAC) described here constitutes a cyclic analog-to-digital converter by using, for example, as described in FIG.
後で、実施の形態1において説明するが、MDACは、入力信号Vinを粗く量子化する粗量子化器114と、制御部115を含む制御回路と、複数の容量素子を含む容量回路とを具備している。基本的概念を説明するために、これらの要素のうち、粗量子化器114と容量回路のみが図8に示されている。なお、容量回路は、それぞれ受動素子である複数の容量素子によって構成されるため、受動回路あるいはパッシブ回路と見なすことができる。そのため、本願明細書においては、容量回路をパッシブ回路と称することがある。
As will be described later in
図8は、基本的概念を説明するための説明図であり、同図には、MDACが、入力信号をサンプリングするサンプリング期間における動作と、サンプリングした入力信号を増幅する残差増幅期間における動作とが模式的に示されている。サンプリング期間は、図8において、矢印の左側に示されており、残差増幅期間は、同図において矢印の右側に示されている。 FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining the basic concept. In FIG. 8, the MDAC operates in a sampling period for sampling an input signal and an operation in a residual amplification period for amplifying the sampled input signal. Is schematically shown. The sampling period is shown on the left side of the arrow in FIG. 8, and the residual amplification period is shown on the right side of the arrow in FIG.
サンプリング期間において、入力信号Vinは、粗量子化器114により、粗く量子化される。すなわち、粗量子化器114は、基準電圧+Vrefおよび−Vrefを受け、基準電圧+Vref、―Vrefを用いて、3個の電圧範囲を設定する。3個の電圧範囲として、例えば、(a)基準電圧+Vrefの1/4よりも大きい電圧範囲と、(b)基準電圧+Vrefの1/4と基準電圧―Vrefの1/4との間の電圧範囲と、(c)基準電圧―Vfreの1/4よりも小さい電圧範囲とを設定する。粗量子化器114は、入力信号Vinの電圧値が、これらの電圧範囲(a)〜(c)のいずれに存在するかによって、量子化を行い、デジタル信号Diとして出力する。ここでは、説明を容易にするために、デジタル信号Diは、入力信号Vinの電圧値が、上記した電圧範囲(a)〜(c)のいずれに存在しているかに従って、“1”、“0”、“−1”となるものとする。
In the sampling period, the input signal Vin is roughly quantized by the
容量回路は、容量素子C1、C2、C3aおよびC3bを具備している。サンプリング期間においては、容量素子C1、C2、C3aおよびC3bは、互いに並列に接続される。すなわち、容量素子C1、C2、C3aおよびC3bのそれぞれの第1電極P1が、互いに接続され、容量素子C1、C2、C3aおよびC3bのそれぞれの第2電極P2が、互いに接続される。また、サンプリング期間においては、入力信号Vinに対応する正相入力信号+Vinが、容量素子C1、C2、C3aおよびC3bのそれぞれの第1電極P1に供給され、正相入力信号+Vinに対して逆位相の逆相入力信号―Vinが、容量素子C1、C2、C3aおよびC3bのそれぞれの第2電極P2に供給される。同図では、図11と同様に、正相入力信号+Vinと逆相入力信号―Vinとが、互いに反転していることを明示するために、それぞれの正弦波の波形が描かれている。しかしながら、サンプリング期間において、各容量素子の第1電極P1および第2電極P2に供給される正相入力信号+Vinおよび逆相入力信号―Vinは、例えば時刻t1における値である。 The capacitive circuit includes capacitive elements C1, C2, C3a, and C3b. In the sampling period, the capacitive elements C1, C2, C3a, and C3b are connected in parallel to each other. That is, the first electrodes P1 of the capacitive elements C1, C2, C3a, and C3b are connected to each other, and the second electrodes P2 of the capacitive elements C1, C2, C3a, and C3b are connected to each other. In the sampling period, the positive phase input signal + Vin corresponding to the input signal Vin is supplied to the first electrodes P1 of the capacitive elements C1, C2, C3a, and C3b, and is in reverse phase with respect to the positive phase input signal + Vin. The negative-phase input signal −Vin is supplied to the second electrodes P2 of the capacitive elements C1, C2, C3a, and C3b. In the same figure, similarly to FIG. 11, in order to clearly show that the positive phase input signal + Vin and the negative phase input signal −Vin are inverted from each other, the waveforms of the respective sine waves are drawn. However, in the sampling period, the positive phase input signal + Vin and the negative phase input signal −Vin supplied to the first electrode P1 and the second electrode P2 of each capacitive element are, for example, values at time t1.
すなわち、サンプリング期間においては、各容量素子の両端の電極P1、P2に、それぞれ入力差動信号の正相入力信号電圧および逆相入力信号電圧を接続した状態で、サンプリングを行う。言い換えるならば、図11に示したように、容量素子の一方の電極に正相あるいは逆相の入力信号を供給し、他方の電極に擬似的な交流グランドを供給するようにして構成した擬似的な差動サンプリング(疑似差動サンプリング)ではなく、容量素子の両方の電極P1、P2に正相信号と逆相信号を供給するようにした完全な差動サンプリング(完全差動サンプリング)である。これにより、サンプリング期間において、図11に示した検討回路における容量素子C11、C12に充電できる電荷量と、図8に示した容量回路に充電できる電荷量とを同量にする場合、容量回路内の容量素子C1、C2、C3aおよびC3bの合計容量値は、図11に示した容量素子(容量素子C11と容量素子C12とが同じ容量値Cの場合)の容量値Cの1/2で済む。また、サンプリング用のスイッチの抵抗で生じる差動熱雑音電圧(kBT/C雑音)も、図8と図11とで論理的に同量となる。 That is, in the sampling period, sampling is performed in a state where the positive-phase input signal voltage and the negative-phase input signal voltage of the input differential signal are connected to the electrodes P1 and P2 at both ends of each capacitive element, respectively. In other words, as shown in FIG. 11, a pseudo-phase structure in which a positive-phase or reverse-phase input signal is supplied to one electrode of a capacitive element and a pseudo AC ground is supplied to the other electrode. This is not complete differential sampling (pseudo differential sampling), but complete differential sampling (fully differential sampling) in which a positive phase signal and a negative phase signal are supplied to both electrodes P1, P2 of the capacitive element. Thereby, in the sampling period, when the charge amount that can be charged in the capacitive elements C11 and C12 in the study circuit shown in FIG. 11 and the charge amount that can be charged in the capacitive circuit shown in FIG. The total capacitance value of the capacitive elements C1, C2, C3a, and C3b is half of the capacitance value C of the capacitive element shown in FIG. 11 (when the capacitive element C11 and the capacitive element C12 have the same capacitance value C). . Also, the differential thermal noise voltage (k B T / C noise) generated by the resistance of the sampling switch is logically the same in FIGS.
すなわち、疑似差動サンプリングではなく完全差動サンプリングを行うことによって、サンプリングを行うのに要する容量素子の総容量を、検討回路(図11)に比べて1/4に低減しても、信号対雑音比を検討回路と同程度に維持することが可能となる。これにより、容量回路によって占有される面積が増加するのを抑制することが可能となる。さらに、容量回路は、複数の容量素子C1、C2、C3aおよびC3bによって構成しているため、各容量素子を、占有面積が小さくなるように配置することも可能である。 That is, by performing fully differential sampling instead of pseudo-differential sampling, even if the total capacity of the capacitive elements required for sampling is reduced to ¼ compared to the study circuit (FIG. 11), the signal pair The noise ratio can be maintained at the same level as the study circuit. As a result, it is possible to suppress an increase in the area occupied by the capacitor circuit. Furthermore, since the capacitive circuit is constituted by a plurality of capacitive elements C1, C2, C3a, and C3b, it is possible to arrange each capacitive element so that the occupied area is small.
上記したように、サンプリング期間において、入力信号Vinは、粗量子化器114によって、3値(1、0、−1)に量子化されている。残差増幅期間(図8の右側)においては、容量素子C1、C2、C3aおよびC3bのそれぞれの第1電極P1は、互いに接続され、この共通接続ノードがMDACの出力ノードNoutに該当し、出力ノードNoutから出力信号Voutが取り出される。残差増幅期間においては、容量素子C1の第2電極P2は、電源電圧Vddに接続され、容量素子C2の第2電極P2は、接地電圧(グランド)Vsに接続される。一方、容量素子C3aおよびC3bのそれぞれの第2電極P2に供給される電圧は、粗量子化器114の出力であるデジタル信号Diの値に従って変わる。すなわち、デジタル信号Diの値に従って、容量素子C3aおよびC3bのそれぞれの第2電極P2は、電源電圧Vddあるいは接地電圧Vsに接続される。図8においては、デジタル信号Diの値が、“1”の場合が、状態(a)、デジタル信号Diの値が、“0”の場合が、状態(b)、デジタル信号Diの値が、“―1”の場合が、状態(c)として示されている。
As described above, in the sampling period, the input signal Vin is quantized into three values (1, 0, −1) by the
典型的には、例えば、容量素子C3aと容量素子C3bは、互いに同じ容量値を有しており、図8に示した状態(a)〜(c)より理解されるように、残差増幅期間において、デジタル信号Diの値が“―1”(状態(c))ならば、2つの容量素子C3a、C3bのそれぞれの第2電極P2は、ともに電源電圧Vddに接続され、デジタル信号Diの値が“1”(状態(a))ならば、2つの容量素子C3a、C3bのそれぞれの第2電極P2は、ともに接地電圧Vsに接続される。また、デジタル信号Diの値が“0”(状態(b))ならば、2つの容量素子C3a、C3bの内の一方である容量素子C3aの第2電極P2が電源電圧Vddに接続され、もう一つの容量素子C3bの第2電極P2が接地電圧Vsに接続される。なお、図8において、●印は、サンプリング期間と残差増幅期間において、同じ場所を示している。 Typically, for example, the capacitive element C3a and the capacitive element C3b have the same capacitance value, and as will be understood from the states (a) to (c) illustrated in FIG. If the value of the digital signal D i is “−1” (state (c)), the second electrodes P2 of the two capacitive elements C3a and C3b are both connected to the power supply voltage Vdd, and the digital signal D i Is “1” (state (a)), the second electrodes P2 of the two capacitive elements C3a and C3b are both connected to the ground voltage Vs. The value of the digital signal D i is "0", (condition (b)), 2 two capacitive elements C3a, second electrode P2 of the capacitor C3a is one of C3b is connected to the power supply voltage Vdd, The second electrode P2 of another capacitive element C3b is connected to the ground voltage Vs. In FIG. 8, the ● marks indicate the same places in the sampling period and the residual amplification period.
ここで、MDACの出力信号Voutと入力信号Vinとの関係は、式(2)に従う。式(2)において、C1、C2は、容量素子C1、C2のそれぞれの容量値であり、C3は、容量素子C3a(あるいはC3b)の容量値であり、Vrefは、基準電圧Vrefである。ここで、基準電圧Vrefは、式(3)により表される。式(3)においても、C1,C2およびC3は、式(2)と同様である。ただし、これらの式の導出では、実際の回路は後の各実施例で見られるように、図8の構成を2つ相補的に動作させる差動回路で実現していることを用いている。 Here, the relationship between the output signal Vout of the MDAC and the input signal Vin follows equation (2). In Expression (2), C1 and C2 are the capacitance values of the capacitive elements C1 and C2, C3 is the capacitance value of the capacitive element C3a (or C3b), and Vref is the reference voltage Vref. Here, the reference voltage Vref is expressed by Expression (3). Also in Formula (3), C1, C2, and C3 are the same as Formula (2). However, in the derivation of these equations, it is used that the actual circuit is realized by two differential circuits that operate in a complementary manner, as will be seen in each of the following embodiments.
サイクリック型アナログデジタル変換器においては、先に図9において述べたように、MDACの出力信号Voutが、次のサンプリング期間において、MDACの入力信号Vinとなる。すなわち、所定回数、MDACの出力信号が、MDACの入力信号として帰還され、アナログ信号である入力信号Vinがデジタル信号Di(複数ビット)へ変換される。 In the cyclic analog-digital converter, the MDAC output signal Vout becomes the MDAC input signal Vin in the next sampling period, as described above with reference to FIG. That is, the MDAC output signal is fed back as an MDAC input signal a predetermined number of times, and the input signal Vin, which is an analog signal, is converted into a digital signal D i (multiple bits).
式(3)から理解されるように、基準電圧Vrefは、容量回路に含まれる容量素子の容量値の比(容量比)で等価的に定めることができる。図8に示した容量回路では、容量回路に容量素子C1、C2、C3aおよびC3bが含まれており、容量素子C3aと容量素子C3bは同じ容量値C3を有している。そのため、基準電圧Vrefは、これらの容量素子の容量比(式(3))によって、等価的に定められる。また、式(2)から理解されるように、残差増幅期間において、MDACの出力電圧Voutは、粗量子化器114によって求められたデジタル値Diと基準電圧Vrefとの積を、入力電圧Vinから減算することにより求められる。この実施の形態においては、残差増幅期間において、粗量子化器114の出力に従って容量素子C3a、C3bの接続が変えられる。これにより、粗量子化器114の出力と基準電圧Vrefとが、増幅信号(増幅電圧)に反映される。
As understood from the equation (3), the reference voltage Vref can be equivalently determined by a ratio of capacitance values (capacitance ratio) of the capacitor elements included in the capacitor circuit. In the capacitive circuit illustrated in FIG. 8, the capacitive circuit includes capacitive elements C1, C2, C3a, and C3b, and the capacitive element C3a and the capacitive element C3b have the same capacitance value C3. Therefore, the reference voltage Vref is equivalently determined by the capacitance ratio of these capacitive elements (formula (3)). Further, as understood from the equation (2), in the residual amplification period, the output voltage Vout of the MDAC is the product of the digital value D i obtained by the
ここでの基準電圧Vrefは、数式(式(3))に表れる基準電圧であり、等価的な基準電圧である。この等価的な基準電圧の電圧値に対応する基準電圧+Vrefおよび―Vrefのそれぞれが、粗量子化器114において、正相入力信号+Vinおよび逆相入力信号―Vinを量子化する際に用いられる。粗量子化器114において用いられる基準電圧+Vrefおよび―Vrefは、この等価的な基準電圧Vrefに対応した電圧値ではあるが、その発生回路の構成は制限されない。この発生回路で発生される基準電圧の精度は、それが粗量子化に用いるものであるため、特に高精度であることは要求されない。そのため、例えば、電源電圧Vddと接地電圧Vsとの間の電圧差を抵抗分圧あるいは容量分圧によって、等価的な基準電圧Vrefに対応する基準電圧+Vrefおよび―Vrefとして発生し、用いればよい。
Here, the reference voltage Vref is a reference voltage appearing in an equation (Equation (3)) and is an equivalent reference voltage. The reference voltages + Vref and −Vref corresponding to the equivalent reference voltage values are used in the
また、デジタル値Diは、容量素子C3aおよびC3bの第2電極を電源電圧Vddあるいは接地電圧Vsに接続することにより、増幅動作に反映される。そのため、高精度の基準電圧発生回路を必要としない。一般に、アナログデジタル変換器の基準電圧は高精度が要求されるため、基準電圧発生回路の消費電力はアナログデジタル変換器の消費電力を低減する上でのボトルネックになっていることが知られている。高精度の基準電圧発生回路を必要としないため、低消費電力化を図ることが可能となる。 Also, the digital value D i, by connecting the second electrode of the capacitor C3a and C3b to the power supply voltage Vdd or the ground voltage Vs, is reflected in the amplifying operation. Therefore, a highly accurate reference voltage generation circuit is not required. In general, since the reference voltage of an analog-digital converter requires high accuracy, it is known that the power consumption of the reference voltage generation circuit is a bottleneck in reducing the power consumption of the analog-digital converter. Yes. Since a highly accurate reference voltage generating circuit is not required, it is possible to reduce power consumption.
なお、図8に示した基本的概念の構成においては、残差増幅期間では、デジタル信号Diの値に従って、容量素子C3aおよびC3bの第2電極P2の接続先が電源電圧Vddあるいは接地電圧Vsとなる。この観点で見た場合、残差増幅期間において、容量素子C1、C2、C3aおよびC3bにより構成される容量分圧による電源電圧Vddの電圧分圧比が、デジタル信号Diの値に従って変わり、さらに、それを相補的な動作を行う差動回路構成とすることで、等価的に基準電圧が生成されていると見ることも可能である。 In the configuration of the basic concept shown in FIG. 8, the residual amplification period, according to the value of the digital signal D i, capacitance elements C3a and destination is the supply voltage of the second electrode P2 of C3b Vdd or the ground voltage Vs It becomes. When viewed in this light, the residual amplification period, the voltage division ratio of the power supply voltage Vdd by configured capacitive division by the capacitance elements C1, C2, C3a and C3b, vary according to the value of the digital signal D i, further, It can also be seen that a reference voltage is equivalently generated by using a differential circuit configuration that performs complementary operations.
図8に示した基本的概念の構成によれば、完全差動サンプリングによって、サンプリングが行われるため、容量回路の占有面積の増加を防ぐことが可能となる。また、高精度の基準電圧発生回路を必要としないため、消費電力の増加を抑制することが可能となる。 According to the configuration of the basic concept shown in FIG. 8, since sampling is performed by fully differential sampling, it is possible to prevent an increase in the area occupied by the capacitor circuit. In addition, since a highly accurate reference voltage generation circuit is not required, an increase in power consumption can be suppressed.
以下、複数の実施の形態を説明するが、ここでは、乗算型デジタルアナログ変換回路を用いるアナログデジタル変換器として、サイクリック型アナログデジタル変換器を例として説明する。 Hereinafter, a plurality of embodiments will be described. Here, a cyclic analog-digital converter will be described as an example of an analog-digital converter using a multiplying digital-analog conversion circuit.
(実施の形態1)
図3(a)は、実施の形態1に係わるサイクリック型アナログデジタル変換器の構成を示すブロック図であり、図3(b)は、このサイクリック型アナログデジタル変換器の動作を示すタイミング図である。
(Embodiment 1)
FIG. 3A is a block diagram showing the configuration of the cyclic analog-digital converter according to the first embodiment, and FIG. 3B is a timing diagram showing the operation of this cyclic analog-digital converter. It is.
図3(a)において、300は、乗算型デジタルアナログ変換回路(MDAC)である。MDAC300については、後で図1あるいは図2を用いて詳細に説明するが、先に図9(a)において述べたMDAC901と同様に、MDAC300の入力ノードNinに供給された入力信号を、逐次、対応するデジタル信号Di(i=1〜N)へ変換する。また、変換において得たデジタル信号Diに対応する電圧と入力信号の電圧との間の残差を増幅して得たところの残差増幅信号を出力ノードNoutへ出力する。MDAC300の出力ノードNoutへ伝達された残差増幅信号は、バッファ回路302を介して、スイッチ303のノード303bに供給される。スイッチ303のノード303cは、MDAC300の入力ノードNinに接続されており、スイッチ303のノード303aは、アナログ回路301の出力に接続されている。
In FIG. 3A,
この実施の形態1においては、アナログ回路301は、入力信号Vinに対応した正相入力信号+Vin(以下、VinPとも表す)と正相入力信号+Vinに対して逆位相を有する逆相入力信号―Vin(以下、VinNとも表す)を、スイッチ303へ供給する。アナログ回路301から正相入力信号+Vinと逆相入力信号―Vinとが出力されることを明示するために、アナログ回路301には、模式的にインバータ回路304が示されている。勿論、正相入力信号+Vinと逆相入力信号―Vinとは、インバータ回路により生成することに制限されるものではなく、通常の反転アンプを用いてよい。また、差動出力型のアンプの差動出力をそれぞれ、+Vin、−Vinとしてもよい。
In the first embodiment, the
スイッチ303は、入力信号Vin(アナログ信号)に対応する正相入力信号+Vinおよび逆相入力信号―Vinをデジタル信号に変換する際、すなわちアナログデジタル変換を行う際、ノード303cが、ノード303aに接続される。これにより、アナログデジタル変換をする際の入力信号Vin(正相入力信号+Vin、逆相入力信号―Vin)の電圧値が、MDAC300の入力ノードNinに供給される。一方、アナログデジタル変換を行っている期間においては、スイッチ303のノード303cは、ノード303bに接続される。これにより、アナログデジタル変換の期間においては、MDAC300の出力である残差増幅信号が、バッファ回路302およびスイッチ303を介して、MDAC300の入力ノードNinに供給されることになる。
In the
図3(a)に示したスイッチ303が下側に移動されると、すなわち、ノード303aとノード303cとが接続されると、MDAC300は、図3(b)に示されているように、変換動作を行う。スイッチ303が下側へ移動されることにより、入力ノードNinに供給された入力信号Vin(+Vin、―Vin)は、サンプリング期間1Sにおいて、サンプリングされ、デジタル値D1が生成される。また、残差増幅期間1Aにおいて、入力信号Vin(+Vin、―Vin)とデジタル値D1に対応する電圧との間の残差が増幅される。デジタル値D1は、変換動作により得られたデジタル信号として出力される。一方、増幅された残差増幅信号は、バッファ回路302とスイッチ303を介して、入力ノードNinに供給され、次のサンプリング期間2Sにおいてサンプリングが行われ、デジタル値D2が出力され、残差増幅期間2Aにおいて増幅動作が行われる。
When the
要求されるデジタル信号のビット数分だけ、上記した動作が繰り返される(1S、1A〜NS、NA)。その後、スイッチ303が下側へ移動され、新たな電圧値の入力信号が、入力ノードNinに伝達され、この新たな入力信号に対してアナログデジタル変換動作が行われる(1S、1N〜)。図3(b)では、1段の乗算型デジタルアナログ変換回路300によって、アナログデジタル変換が行われている。そのため、乗算型デジタルアナログ変換回路300の変換周期は、1SからNAまでとなる。
The above operation is repeated for the required number of bits of the digital signal (1S, 1A to NS, NA). Thereafter, the
次に乗算型デジタルアナログ変換回路300について、図1を用いて説明する。図1は、乗算型デジタルアナログ変換回路(MDAC)300の構成を示す回路図である。
Next, the multiplication type digital-
MDAC300は、容量回路100Pおよび100N、粗量子化器114、制御部115、電圧供給部101Pおよび101Nを具備している。容量回路100Pおよび100Nは、互いに同じ構成を有しており、電圧供給部101Pおよび101Nも、互いに同じ構成を有している。ここで、容量回路100Pと電圧供給回路101Pは、正相入力信号+Vinに関する残差信号を増幅するのに用いられ、容量回路100Nと電圧供給回路101Nは、逆相入力信号―Vinに関する残差信号を増幅するのに用いられる。容量回路100Pおよび電圧供給部101Pによって増幅された残差増幅信号は、出力ノードNoutPに伝達され、バッファ回路17Pの入力に伝達される。同様に、容量回路100Nおよび電圧供給部101Nによって増幅された残差増幅信号は、出力ノードNoutNに伝達され、バッファ回路17Nの入力に伝達される。
The
図1には、説明の都合上、バッファ回路17Pおよび17Nが示されているが、これらのバッファ回路17Pおよび17Nを合わせて、図3では、バッファ回路302として示されている。また、図1に示した出力ノードNoutPおよびNoutNは、これら2つの出力ノードを合わせて、図3では、出力ノードNoutとして示してある。同様に、図1に示した入力ノードNinPおよびNinNは、図3では、入力ノードNinとして示されている。
For convenience of explanation, FIG. 1 shows
また、図3では、スイッチ303は、1個のスイッチとして示されているが、正相入力信号+Vin(VinP)をアナログ回路304あるいはバッファ回路17Pから、入力ノードNinPへ供給する第1スイッチ(図示せず)と、逆相入力信号―Vin(VinN)をアナログ回路304あるいはバッファ回路17Nから、入力ノードNinNへ供給する第2スイッチ(図示せず)とを含んでいる。
In FIG. 3, the
MDAC300の入力ノードNinPおよびNinNには、粗量子化器114が接続されている。粗量子化器114は、スイッチ303(図3)を介して供給された正相入力信号VinPおよび逆相入力信号VinNとの間の差電圧を、粗く量子化する。この実施の形態1においては、3値に量子化し、量子化により得たデータをデジタル値Diとして出力する。粗量子化器114から出力されたデジタル値Diは、制御部115に供給されるとともに、アナログデジタル変換の結果として出力される。この実施の形態1のMDAC300は、所謂1.5ビット変換器である。そのため、1回の変換周期で得られた複数のデジタル値Di(i=1〜N)を演算処理することにより、アナログ信号である入力信号Vinの電圧が、複数ビット(2値表現)のデジタル信号へ変換される。
A
制御部115は、粗量子化器114からの出力(デジタル値Di)を受け、この出力に従った制御信号p00、n00、p10、n10を生成して、電圧供給部101Pおよび101Nへ供給する。電圧供給部101Pおよび101Nは、制御部115からの制御信号に従った電圧を、残差増幅期間において、容量回路100Pおよび100Nへ供給する。そのため、制御部115と電圧供給部101P、101Nとを合わせて、容量回路に供給される電圧を制御する制御回路と見なすことができる。
The
容量回路100Pは、正相入力信号VinPと逆相入力信号VinNとをサンプリング期間において、サンプリングし、サンプリングした正相入力信号VinPと逆相入力信号VinNとの間の電圧差を、残差増幅期間において増幅する。また、この残差増幅期間において、増幅により得られた電圧には、粗量子化器114の出力(デジタル値Di)と等価的な基準電圧Vrefとが反映される。この粗量子化器114の出力と等価的な基準電圧Vrefとが反映された増幅出力は、出力ノードNoutPに表れ、バッファ回路17Pの入力に伝達される。同様に、容量回路100Nは、サンプリング期間において、逆相入力信号VinNと正相入力信号VinNとをサンプリングし、サンプリングした逆相入力信号VinNと正相入力信号VinPとの間の電圧差を、残差増幅期間において増幅する。また、この残差増幅期間において、増幅により得られた電圧には、粗量子化器114の出力(デジタル値Di)と等価的な基準電圧Vrefとが反映される。この粗量子化器114の出力と等価的な基準電圧Vrefとが反映された増幅出力は、出力ノードNoutNに表れ、バッファ回路17Nの入力に伝達される。
The
容量回路100Pは、入力ノードNinPと出力ノードNoutPとの間に接続されたスイッチ11Pと、それぞれの第1電極P1が出力ノードNoutPに接続された容量素子12P、13P、14Pおよび15Pを具備している。また、容量回路100Pは、容量素子12P〜15Pのそれぞれの第2電極P2と入力ノードNinNとの間に接続されたスイッチ列16Pと、容量素子12Pの第2電極P2と電源電圧Vddとの間に接続されたスイッチ18Pと、容量素子13Pの第2電極P2と接地電圧Vsとの間に接続されたスイッチ19Pとを有している。さらに、容量回路100Pは、容量素子14Pの第2電極P2と電圧供給部101Pの出力ノードNiv1との間に接続されたスイッチ111Pと、容量素子15Pの第2電極P2と電圧供給部101Pの出力ノードNiv2との間に接続されたスイッチ113Pとを具備している。
The
ここで、スイッチ列16Pは、スイッチa〜dを含むスイッチ群であり、スイッチaは、入力ノードNinNと容量素子12Pの第2電極P2との間に接続され、スイッチbは、入力ノードNinNと容量素子13Pの第2電極P2との間に接続されている。同様に、スイッチcは、入力ノードNinNと容量素子14Pの第2電極P2との間に接続され、スイッチdは、入力ノードNinNと容量素子15Pの第2電極P2との間に接続されている。
Here, the
スイッチ11Pおよびスイッチ列16Pは、サンプリング期間(例えば、1S:図3)において、オン状態とされ、残差増幅期間(例えば、1A:図3)において、オフ状態とされる。これにより、サンプリング期間(1S)においては、容量素子12P〜15Pのそれぞれの第1電極P1は、スイッチ11Pを介して入力ノードNinPに接続され、それぞれの第2電極P2は、スイッチ列16P(スイッチa〜d)を介して入力ノードNinNに接続される。その結果として、サンプリング期間(1S)では、容量素子12P〜15Pのそれぞれに、正相入力信号VinPと逆相入力信号VinNが印加されることになり、完全差動サンプリングが実施される。なお、サンプリング期間(1S)においては、スイッチ18P、19P、111Pおよび113Pのそれぞれはオフ状態にされている。
The
一方、サンプリング期間(1S)に続く残差増幅期間(1A)においては、スイッチ11Pおよびスイッチ列16Pのそれぞれがオフ状態とされ、スイッチ18P、19P、111Pおよび113Pのそれぞれがオン状態とされる。これにより、残差増幅期間(1A)においては、容量素子12Pの第2電極P2に、スイッチ18Pを介して電源電圧Vddが供給され、容量素子13Pの第2電極P2に、スイッチ19Pを介して接地電圧Vsが供給される。また、このとき、容量素子14Pおよび15Pのそれぞれの第2電極P2には、電圧供給部101Pの出力ノードNiv1、Niv2から、粗量子化器114の出力に従った電圧が、スイッチ111Pおよび113Pを介して供給される。
On the other hand, in the residual amplification period (1A) following the sampling period (1S), each of the
電圧供給部101Pは、特に制限されないが、インバータ回路110Pおよび112Pを具備している。インバータ回路110Pは、制御部115からの制御信号p10を受け、電圧供給部101Pの出力ノードNiv1へ、制御信号p10の電圧を反転した電圧を供給する。また、インバータ回路112Pは、制御部115からの制御信号n00を受け、電圧供給部101Pの出力ノードNiv2へ、制御信号n00の電圧を反転した電圧を供給する。ここで、電圧供給部101Pには、動作電圧として、電源電圧Vddと接地電圧Vsが給電される。この電源電圧Vddは、電源ノードNvdを介して給電され、接地電圧Vsは、電源ノードNvsを介して給電される。すなわち、インバータ回路110Pおよび112Pのそれぞれに、動作電圧として、電源電圧Vddおよび接地電圧Vsが、電源ノードNvdおよびNvsを介して給電される。
The
動作電圧として、電源電圧Vddおよび接地電圧Vsを受けることにより、制御信号p10、n00の電圧に従って、インバータ回路110Pおよび112Pは、容量素子14Pおよび15Pのそれぞれの第2電極P2へ、電源ノードNvdに給電された電源電圧Vdd、あるいは電源ノードNvsに給電された接地電圧Vsを供給することになる。すなわち、この実施の形態1においては、容量回路100Pに供給される電圧は、電源電圧Vddおよび接地電圧Vsであり、高精度の基準電圧は供給されていない。なお、容量素子12P〜15Pのそれぞれの第1電極P1は、サンプリング期間(1S)および残差増幅期間(1A)のいずれにおいても、出力ノードNoutPに接続されている。
By receiving power supply voltage Vdd and ground voltage Vs as operating voltages,
容量回路100Nについても、容量回路100Pと同様な構成にされている。すなわち、容量回路100Nは、逆相入力信号VinNが供給される入力ノードNinNと出力ノードNoutNとの間に接続されたスイッチ11Nと、出力ノードNoutNに、それぞれの第1電極P1が接続された容量素子12N〜15Nと、正相入力信号VinPが供給される入力ノードNinPと各容量素子12N〜15Nのそれぞれの第2電極P2との間に接続されたスイッチ列16N(スイッチa〜d)とを具備している。また、容量回路100Nは、容量素子12Nの第2電極P2と電源電圧Vddとの間に接続されたスイッチ18Nと、容量素子13Nの第2電極P2と接地電圧Vsとの間に接続されたスイッチ19Nと、容量素子14Nの第2電極P2と電圧供給部101Nの出力ノードNiv1との間に接続されたスイッチ111Nと、容量素子15Nの第2電極P2と電圧供給部101Nの出力ノードNiv2との間に接続されたスイッチ113Nとを具備している。
The
容量回路100Nにおけるスイッチ11N、18N、19N、111N、113Nおよびスイッチ列16Nは、容量回路100Pにおけるスイッチ11P、18P、19P、111P、113Pおよびスイッチ列16Pにそれぞれ対応する。すなわち、スイッチ11Nおよびスイッチ列16Nは、サンプリング期間(1S)において、オン状態とされ、それに続く残差増幅期間(1A)において、オフ状態とされる。これにより、サンプリング期間(1S)においては、各容量素子12N〜15Nのそれぞれの第1電極P1および第2電極P2には、逆相入力信号VinNの電圧および正相入力信号VinPの電圧が印加されることになり、完全差動サンプリングが行われる。一方、残差増幅期間(1A)においては、スイッチ18N、19N、111Nおよび113Nのそれぞれがオン状態とされる。これにより、残差増幅期間(1A)においては、容量素子12Nの第2電極P2に電源電圧Vddが供給され、容量素子13Nの第2電極P2に接地電圧Vsが供給される。
The
また、残差増幅期間(1A)において、容量素子14Nおよび15Nのそれぞれの第2電極P2には、電圧供給部101Nの出力ノードNiv1およびNiv2のそれぞれから、粗量子化器114の出力に従った電圧が供給されることになる。電圧供給部101Nも、先に述べた電圧供給部101Pと同様に、この実施の形態1においては、インバータ回路110N、112Nによって構成されており、それぞれのインバータ回路110N、112Nには、電源ノードNvdを介して電源電圧Vddが給電され、電源ノードNvsを介して接地電圧Vsが給電されている。これにより、インバータ回路110Nは、残差増幅期間(1A)において、制御信号p00の電圧を反転した電源電圧Vddあるいは接地電圧Vsを出力ノードNiv1に供給する。同様に、インバータ回路112Nは、制御信号n10の電圧を反転した電源電圧Vddあるいは接地電圧Vsを出力ノードNiv2に供給する。同図から理解されるように、容量回路100Nにおいても、容量素子12N〜15Nのそれぞれの第2電極P2は、出力ノードNoutNに接続されている。
Further, in the residual amplification period (1A), the second electrodes P2 of the
MDAC300の出力ノードNoutPおよびNoutNにおける電圧は、バッファ回路17Pおよび17Nによってバッファリングされ、バッファ回路17Pおよび17Nのそれぞれの出力信号VoutPおよびVoutNとして、スイッチ303(図3)に供給される。変換周期の間、すなわち、スイッチ303のノード303bとノード303cとが接続されている期間においては、バッファ回路17Pおよび17Nからの出力信号VoutPおよびVoutNは、次の変換動作のために、MDAC300の入力ノードNin(NinP、NinN)に、正相入力信号VinPおよび逆相入力信号VinNとして供給されることになる。
The voltages at the output nodes NoutP and NoutN of the
また、図1において、103は基準電圧発生回路である。この基準電圧発生回路103は、特に制限されないが、分圧用の抵抗素子あるいは容量素子を具備し、電源電圧Vddと接地電圧Vsとを受けて、電源電圧Vddと接地電圧Vsとの間の差電圧を分圧することにより形成した分圧電圧を基準電圧Vrefとして、粗量子化器114へ供給する。
In FIG. 1,
この実施の形態1において、容量素子12Pおよび12Nのそれぞれは、図8において説明した容量素子C1に相当し、容量素子13Pおよび13Nのそれぞれは、図8の容量素子C2に相当する。さらに、実施の形態1における容量素子14Pおよび14Nのそれぞれは、図8の容量素子C3aに相当し、容量素子15Pおよび15Nのそれぞれは、図8の容量素子C3bに相当する。そのため、実施の形態1は、先に図8を用いて説明した基本的概念を、正相入力信号VinPと逆相入力信号VinNのそれぞれの変換に適用したものと見なすことができる。MDAC300から出力される差電圧(出力ノードNoutPにおける電圧―出力ノードNoutNにおける電圧)は、バッファ回路17Pの出力信号VoutPとバッファ回路17Nの出力信号VouNとの差電圧(VoutP−VoutN)に相当する。
In the first embodiment, each of
次に、図1に示したMDAC300の動作を説明する。入力信号Vinはアナログ信号であり、入力信号Vinの電圧変化に対応して、正相入力信号VinPの電圧は変化する。逆相入力信号VinNの電圧波形は、正相入力信号VinPに対して逆位相を有する。ここでは、コモン電圧を中心として、逆相入力信号VinNは、正相入力信号VinPに対して逆の位相の電圧波形を有するものとして説明する。
Next, the operation of the
先ず、図3に示したスイッチ303を介して、入力信号Vinに対応した正相入力信号VinPと逆相入力信号VinNが、MDAC300の入力ノードNin(図1では、NinPおよびNinN)に供給される。サンプリング期間(1S:図3)においては、スイッチ11P、11Nおよびスイッチ列16P、16Nのそれぞれがオン状態となっている。これにより、容量素子12P〜15Pのそれぞれの第1電極P1および容量素子12N〜15Nのそれぞれの第2電極P2に、スイッチ303を介して伝えられた正相入力信号VinPの電圧が印加される。また、このとき、容量素子12P〜15Pのそれぞれの第2電極P2と、容量素子12N〜15Nのそれぞれの第1電極P1には、スイッチ303を介して伝えられた逆相入力信号VinNの電圧が印加される。これにより、容量素子12P〜15Pおよび12N〜15Nのそれぞれは、第1電極P1に印加されている電圧と第2電極P2に印加されている電圧とによって充電される。各容量素子の第1電極P1と第2電極P2には、差動の入力信号(VinP、VinN)の電圧が印加されるため、完全差動サンプリングが行われることになる。
First, the normal phase input signal VinP and the negative phase input signal VinN corresponding to the input signal Vin are supplied to the input node Nin (NinP and NinN in FIG. 1) of the
一方、サンプリング期間(1S)においては、スイッチ303(図3)を介して、正相入力信号VinPおよび逆相入力信号VinNが、粗量子化器114に供給されている。粗量子化器114は、入力信号を粗く量子化する。この実施の形態1においては、粗量子化器114は、供給されている正相入力信号VinPの電圧と逆相入力信号VinNの電圧との間の差電圧、すなわち、正相入力信号VinPの電圧−逆相入力信号の電圧である差電圧(VinP−VinN)が、基準電圧Vrefとの比較に基づいて、量子化が行われる。図12は、基準電圧Vrefと差電圧(VinP−VinN)との関係を示す波形図である。
On the other hand, in the sampling period (1S), the normal phase input signal VinP and the negative phase input signal VinN are supplied to the
図12において、横軸は時間を示し、縦軸は電圧を示している。基準電圧Vrefは、0を中心として、プラス側の基準電圧+Vrefとマイナス側の基準電圧―Vrefとを有する。この場合、基準電圧+Vrefの絶対値電圧は、基準電圧―Vrefの絶対値電圧と同じである。このような基準電圧+Vrefおよび−Vrefは、先に述べたように接地電圧Vsと電源電圧Vddとの間の電圧を分圧することにより、容易に発生することができる。また、基準電圧+Vref、−Vrefは、粗い量子化をおこなうための基準電圧であり、高精度は要求されない。図1においては、この基準電圧+Vrefおよび−Vrefを発生する回路として基準電圧発生回路103が示されており、同図では、これらの基準電圧+Vrefおよび−Vrefは、基準電圧Vrefとして纏めて示してある。
In FIG. 12, the horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates voltage. The reference voltage Vref has a positive reference voltage + Vref and a negative reference voltage −Vref centered on 0. In this case, the absolute value voltage of the reference voltage + Vref is the same as the absolute value voltage of the reference voltage −Vref. Such reference voltages + Vref and -Vref can be easily generated by dividing the voltage between the ground voltage Vs and the power supply voltage Vdd as described above. Further, the reference voltages + Vref and −Vref are reference voltages for performing rough quantization, and high accuracy is not required. In FIG. 1, a reference
正相入力信号VinPの電圧波形と、逆相入力信号VinNの電圧波形は、コモン電圧を中心として対称的に変化する。そのため、入力差動信号VinPとVinNとの差電圧(VinP―VinN)は、これらの入力電圧とコモン電圧との間の電圧差が大きいほど、大きくなる。図12には、一例として差電圧(VinP−VinN)の電圧波形が、模式的に示されている。図12に示した差電圧の例は、正相入力信号VinPがコモン電圧に対してプラス側の電圧を有し、逆相入力信号VinNがコモン電圧に対してマイナス側の電圧を有する状態から、正相入力信号VinPがコモン電圧に対してマイナス側の電圧へ変化し、逆相入力信号VinNがコモン電圧に対してプラス側の電圧へ変化している場合が示されている。正相入力信号VinPおよび逆相入力信号VinNのこのような電圧変化により、差電圧(VinP―VinN)の電圧値はプラス側からマイナス側へ、時間経過にともなって変化している。なお、プラス側とは、同図において、基準電圧+Vref側を示し、マイナス側とは、基準電圧―Vref側を示している。 The voltage waveform of the normal phase input signal VinP and the voltage waveform of the negative phase input signal VinN change symmetrically around the common voltage. Therefore, the difference voltage (VinP−VinN) between the input differential signals VinP and VinN increases as the voltage difference between these input voltages and the common voltage increases. FIG. 12 schematically shows a voltage waveform of the differential voltage (VinP−VinN) as an example. In the example of the differential voltage shown in FIG. 12, the normal phase input signal VinP has a positive voltage with respect to the common voltage, and the negative phase input signal VinN has a negative voltage with respect to the common voltage. The case where the normal phase input signal VinP changes to a negative voltage with respect to the common voltage and the negative phase input signal VinN changes to a positive voltage with respect to the common voltage is shown. Due to such voltage changes of the positive phase input signal VinP and the negative phase input signal VinN, the voltage value of the differential voltage (VinP−VinN) changes from the plus side to the minus side with the passage of time. In the figure, the plus side indicates the reference voltage + Vref side, and the minus side indicates the reference voltage -Vref side.
この実施の形態1においては、特に制限されないが、基準電圧Vref(+Vref、―Vref)の1/4の電圧をしきい値電圧として、入力差動信号の量子化を行う。すなわち、入力差動信号の差電圧(VinP−VinN)が、(a)基準電圧Vref/4よりも大きいか、(b)基準電圧Vref/4と基準電圧―Vref/4との間に存在するか、あるいは(c)基準電圧―Vref/4よりも小さいかを判定し、入力差動信号の量子化を行う。この判定を行うことにより、粗量子化器114は、入力差動信号の差電圧が、例えば(a)のとき、デジタル信号Diとして“1”を出力し、入力差動信号の差電圧が、例えば(b)のとき、デジタル信号Diとして“0”を出力し、入力差動信号の差電圧が、例えば(c)のとき、デジタル信号Diとして“−1”を出力する。
In the first embodiment, although not particularly limited, the input differential signal is quantized using a voltage that is 1/4 of the reference voltage Vref (+ Vref, −Vref) as a threshold voltage. That is, the differential voltage (VinP−VinN) of the input differential signal is (a) greater than the reference voltage Vref / 4, or (b) exists between the reference voltage Vref / 4 and the reference voltage −Vref / 4. Or (c) whether the reference voltage is smaller than Vref / 4, and the input differential signal is quantized. By making this determination, the
図12を例にして述べると、時刻t0において、アナログデジタル変換器が、入力信号VinPおよびVinNを取り込んだ場合、粗量子化器114は、入力差動信号の差電圧が、基準電圧Vref/4よりも大きいため、(a)と判定し、デジタル信号Di=1を出力する。また、時刻t1における入力信号VinPおよびVinNを取り込んだ場合、入力差動信号の差電圧は、基準電圧+Vref/4と−Vref/4との間に存在するため、粗量子化器114は、デジタル信号Di=0を出力する。同様に、時刻t2における入力信号VinPおよびVinNを取り込んだ場合には、差電圧が、基準電圧―Vref/4よりも小さいため、粗量子化器114は、デジタル信号Di=−1を出力する。
Referring to FIG. 12 as an example, when the analog-to-digital converter captures the input signals VinP and VinN at time t0, the
なお、特に制限されないが、粗量子化器114のデジタル信号Diを、2値のデジタル値へ変換する場合、デジタル信号Di=1は、2値のデジタル値“10”に対応させ、デジタル信号Di=0は、“01”に対応させ、デジタル信号Di=−1は、“00”に対応させる。これにより、所謂1.5ビット変換が行われる。
Although not particularly limited, when the digital signal D i of the
制御部115は、粗量子化器114からの出力であるデジタル信号Diを受け、デジタル値信号Diの値に従った制御信号p10、n10、p00、n00を生成する。この例では、制御信号p10は、デジタル信号Diが“1”のとき、ハイレベル(電源電圧Vdd)となり、それ以外のときには、ロウレベル(接地電圧Vs)となるように、生成される。また、制御信号n10は、デジタル信号Diが“1”のとき、ロウレベル(Vs)となり、それ以外のときには、ハイレベル(Vdd)となるように、生成される。制御信号p00は、デジタル信号Diが“―1”のとき、ハイレベル(Vdd)となり、それ以外のときには、ロウレベル(Vs)となるように、生成される。制御信号n00は、デジタル信号Diが“―1”のとき、ロウレベル(Vs)となり、それ以外のときには、ハイレベル(Vdd)となるように、生成される。
サンプリング期間(1S)に続く残差増幅期間(1A)においては、スイッチ11Pおよび11Nはオフ状態とされる。また、スイッチ列16Pおよび16Nも、オフ状態とされる。一方、残差増幅期間においては、スイッチ18P、19P、111P、113P、18N、19N、111Nおよび113Nのそれぞれが、オフ状態からオン状態へ変えられる。これにより、残差増幅期間においては、容量素子12Pおよび12Nのそれぞれの第2電極P2が電源電圧Vddに接続され、容量素子13Pおよび13Nのそれぞれの第2電極P2が接地電圧Vsに接続される。
In the residual amplification period (1A) following the sampling period (1S), the
また、残差増幅期間においては、容量素子14P、15P、14Nおよび15Nのそれぞれの第2電極P2の電圧が、電圧供給部101P、101Nによって定められる。電圧供給部101Pおよび101Nから出力される電圧は、制御部115からの制御信号によって定められるため、容量素子14P、15P、14Nおよび15Nのそれぞれの第2電極P2の電圧は、粗量子化器114からの出力(デジタル信号Di)によって定められることになる。
In the residual amplification period, the voltages of the second electrodes P2 of the
すなわち、デジタル信号Diが“1”のときには、制御信号p10、n00がハイレベルとなり、インバータ回路110Pおよび112Pのそれぞれからは、電源ノードNvsに給電されている接地電圧Vsに応じた接地電圧が、容量素子14Pおよび15Pのそれぞれの第2電極P2に供給される。このとき、制御信号p00、n10はロウレベルとなるため、インバータ回路110Nおよび112Nのそれぞれからは、電源ノードNvdに給電されている電源電圧Vddに応じた電源電圧が、容量素子14Nおよび15Nのそれぞれの第2電極P2に供給される。これにより、容量素子12P〜15Pの接続状態は、図8に示した状態(a)と同様になり、容量素子12N〜15Nの接続状態は、図8に示した状態(c)と同様になる。なお、先にも述べたが、容量素子12Pおよび12Nは、図8の容量素子C1に相当し、容量素子13Pおよび13Nは、図8の容量素子C2に相当する。また、容量素子14P、14Nは、図8の容量素子C3aに相当し、容量素子15P、15Nは、図8の容量素子C3bに相当する。
That is, when the digital signal D i is "1", the control signal p10, n00 becomes high level, from each of the
また、デジタル信号Diが“−1”のときには、制御信号P10、n00がロウレベルとなるため、インバータ回路110Pおよび112Pのそれぞれからは、電源ノードNvdに給電されている電源電圧Vddに応じた電源電圧が、容量素子14Pおよび15Pのそれぞれの第2電極P2に供給される。このとき、制御信号p00、n10はハイレベルとなるため、インバータ回路110Nおよび112Nのそれぞれからは、電源ノードNvsに給電されている接地電圧Vsに応じた接地電圧が、容量素子14Nおよび15Nのそれぞれの第2電極P2に供給される。これにより、容量素子12P〜15Pの接続状態は、図8に示した状態(c)と同様になり、容量素子12N〜15Nの接続状態は、図8に示した状態(a)と同様になる。
Further, the power supply when the digital signal D i is "-1", since the control signals P10, n00 is low, from each of the
さらに、デジタル信号Diが“0”のときには、制御信号P10はロウレベル、制御信号n00はハイレベルとなるため、インバータ回路110Pからは、電源電圧Vddに応じた電源電圧が、容量素子14Pの第2電極P2に供給され、インバータ回路112Pからは、接地電圧Vsに応じた接地電圧が、容量素子15Pの第2電極P2に供給される。このとき、制御信号p00はロウレベル、制御信号n10はハイレベルとなるため、インバータ回路110Nからは、電源電圧Vddに応じた電源電圧が、容量素子14Nの第2電極P2に供給され、インバータ回路112Nからは、接地電圧Vsに応じた接地電圧が、容量素子15Nの第2電極P2に供給される。これにより、容量素子12P〜15Pの接続状態は、図8に示した状態(b)と同様になり、容量素子12N〜15Nの接続状態も、図8に示した状態(b)と同様になる。
Further, when the digital signal D i is "0", the control signal P10 is low, since the control signal n00 becomes high level, the inverter circuit 110P, power supply voltage according to the power supply voltage Vdd, a
残差増幅期間において、容量回路100Pおよび100Nのそれぞれにおける容量素子12P〜15P(12N〜15N)の接続状態は、上記したように、デジタル信号Diの出力に従って、図8に示した状態と同様に変わる。従って、容量回路100Pの出力ノードNoutP(MDAC300の出力ノードに相当)における電圧に対応する出力電圧VoutPと、容量回路100Nの出力ノードNoutN(MDAC300の出力ノードに相当)における電圧に対応する出力電圧VoutNとの差電圧Vout(VoutP−VoutN)は、上記した式(2)に従うことになる。この場合、式(2)における出力電圧VoutはVoutPとVoutNとの差電圧と読み替え、入力電圧VinはVinPとVinNとの差電圧と読み替え、基準電圧Vrefは、+Vrefあるいは−Vrefと読み替える。
In the residual amplification period, the connection state of the
実施の形態1においては、出力ノードNoutP、NoutNは、バッファ回路17P、17Nの入力に接続されている。バッファ回路17Pおよび17Nによって、バッファリングが行われるため、バッファ回路17P、17Nの出力ノードと、上記した出力ノードNoutP、NoutNとの間が電気的に分離される。これにより、出力ノードNoutP、NoutNのそれぞれにおける出力電圧が、バッファ回路17P、17Nの出力ノードに伝達されているとき、バッファ回路17P、17Nの出力ノードに存在する容量(次段のサンプリング容量と寄生容量の和)と容量回路100P、100Nに含まれる容量素子12P〜15P、12N〜15Nとの間で電荷分散が行われるのを防ぐことが可能となる。また、バッファ回路17P、17Nの入力インピーダンスが高いため、出力ノードNoutNおよびNoutPにおける出力電圧の値が変化(破壊)されるのを防ぐことが可能となり、バッファ回路17P、17Nの入力に与えられる差電圧の値を維持することが可能となる。
In the first embodiment, the output nodes NoutP and NoutN are connected to the inputs of the
容量回路100P、100Nに含まれる容量素子12P〜15P、12N〜15Nは、サンプリング期間において、供給された入力信号Vin(+Vin、−Vin)に相当する電荷を保持するため、スイッチ303(図3)とMDAC300との間に、入力信号をホールドするためのホールド回路は、設けなくてもよい。勿論、容量回路100P、100Nのサンプリングタイミングと粗量子化器114の判定タイミングのずれを許容するために、ホールド回路を設けても良いことは言うまでもない。
実施の形態1によれば、図1に示したMDAC300の出力ノードNout(NoutP、NoutN)における出力信号(電圧)は、バッファ回路302(17P、17N)およびスイッチ303を介して、再び図1に示したMDAC300の入力ノードNin(NinP、NinN)に供給される。この供給された出力信号は、入力信号Vin(VinP、VinN)としてサンプリング期間(2S)において、上記した粗い量子化と、完全差動サンプリングが行われ、さらに残差増幅期間(2A)において、上記した残差の増幅が行われる。このように、サンプリング期間とそれに続く残差増幅期間とが繰り返されることにより、入力信号Vin(VinP、VinN)は、所定ビット数のデジタル信号へ変換される。なお、所謂1.5ビット変換によって得た量子化データを2値のデジタル信号へ変換する処理は、周知であるので、ここでは省略する。
According to the first embodiment, the output signal (voltage) at the output node Nout (NoutP, NoutN) of the
また、図には示していないが、サイクリック型アナログデジタル変換器は、上記したスイッチ11P、18P、19P、111P、113P、11N、18N、19N、111N、113N、スイッチ303(図3)およびスイッチ列16P、16Nを制御するコントール回路を有している。このコントロール回路によって、サンプリング期間と残差増幅期間で、所定のスイッチおよびスイッチ列がオン/オフするように制御される。また、スイッチ303は、所定のタイミングで、入力信号がMDAC300へ供給されるように制御される。さらに、粗量子化器114および制御部115も、このコントロール回路によって制御される。粗量子化器114については、サンプリング期間において量子化を行うように制御され、制御部115については、粗量子化器114の出力に従った制御信号p10、n00、p00、n10を、残差増幅期間に電圧供給部101P、101Nに供給するように制御される。
Although not shown in the figure, the cyclic analog-digital converter includes the
次に、電源電圧Vdd、基準電圧Vref(+Vref、−Vref)、バッファ回路17P、17Nの入力のコモン(平均)電圧Vcm、容量回路100P(100N)に含まれる容量素子12P〜15P(12N〜15N)の各容量値との関係を示す。なお、容量素子12P(12N)は、容量素子C1とし、容量素子13P(13N)は、容量素子C2とし、容量素子14P(14N)、15P(15N)は、それぞれ容量素子C3として示す。
Next, the power supply voltage Vdd, the reference voltage Vref (+ Vref, −Vref), the input common (average) voltage Vcm of the
まず、基準電圧Vrefと容量素子C1〜C3(12P〜15P、12N〜15N)との間の関係は,既に式(3)において示してある。バッファ回路17P、17Nの入力のコモン電圧Vcmと容量素子C1〜C3の関係は、式(4)に示す通りであり、容量素子C1、C3と基準電圧Vrefとバッファ回路17P、17Nの入力のコモン電圧Vcmとの関係は、式(5)に示す通りである。また、容量素子C2、C3と基準電圧Vrefとバッファ回路17P、17Nの入力のコモン電圧Vcmとの関係は、式(6)に示す通りである。
First, the relationship between the reference voltage Vref and the capacitive elements C1 to C3 (12P to 15P, 12N to 15N) has already been shown in the equation (3). The relationship between the input common voltage Vcm of the
例えば、バッファ回路17P、17Nの入力のコモン電圧Vcm、基準電圧Vrefおよび電源電圧Vddを定めることにより、容量回路に含まれる容量素子C1〜C3の容量比を、上記した式(5)および(6)を用いて定めることができる。
For example, by determining the common voltage Vcm, the reference voltage Vref, and the power supply voltage Vdd at the inputs of the
実施の形態1によれば、サンプリング期間において、容量回路に含まれる容量素子に完全差動サンプリングが行われる。これにより、サンプリングにより蓄積される電荷量を維持しながら、容量素子の小型化を図ることが可能となり、乗算型デジタルアナログ変換回路の占有面積が増加するのを抑制することが可能となる。その結果として、乗算型デジタルアナログ変換回路を用いたサイクリック型アナログデジタル変換器の占有面積の増加を抑制することが可能となる。さらに、残差増幅期間において、容量回路に供給される電圧としては、高精度の基準電圧を用いずに、電源電圧Vddおよび接地電圧Vsを用いることが可能となるため、高精度の基準電圧を生成するための基準電圧発生回路を設けなくても済み、消費電力が増加するのを抑制することが可能となる。また、乗算型デジタルアナログ変換回路が、受動回路である容量回路(パッシブ回路)により構成されるため、乗算型デジタルアナログ変換回路での消費電力が増加するのを抑制することが可能となる。 According to the first embodiment, complete differential sampling is performed on the capacitive element included in the capacitive circuit during the sampling period. As a result, the capacity element can be reduced in size while maintaining the amount of charge accumulated by sampling, and an increase in the area occupied by the multiplying digital-to-analog converter circuit can be suppressed. As a result, it is possible to suppress an increase in the area occupied by the cyclic analog-digital converter using the multiplication digital-analog converter circuit. Further, since the power supply voltage Vdd and the ground voltage Vs can be used as the voltage supplied to the capacitor circuit in the residual amplification period without using the high-precision reference voltage, the high-precision reference voltage is used. It is not necessary to provide a reference voltage generation circuit for generation, and it is possible to suppress an increase in power consumption. In addition, since the multiplication type digital-analog conversion circuit is configured by a capacitive circuit (passive circuit) that is a passive circuit, it is possible to suppress an increase in power consumption in the multiplication type digital-analog conversion circuit.
さらに、実施の形態1によれば、容量回路の出力が、バッファ回路によってバッファリングされることにより、容量回路に蓄積された電荷が破壊されるのを防ぐことが可能となりサイクリック型アナログデジタル変換器の占有面積が増加するのを、さらに抑制することが可能となる。 Furthermore, according to the first embodiment, the output of the capacitor circuit is buffered by the buffer circuit, so that the charge accumulated in the capacitor circuit can be prevented from being destroyed, and cyclic analog-digital conversion is performed. It is possible to further suppress an increase in the area occupied by the vessel.
(実施の形態2)
図2は、実施の形態2に係わる乗算型デジタルアナログ変換回路300とバッファ回路の構成を示す回路図である。図2に示したMDAC300は、図1に示したMDAC300と類似した構成を有している。そのため、ここでは、実施の形態1と異なる部分のみを主に説明し、MDAC300の構成および動作についての説明は省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 2 is a circuit diagram showing the configuration of the multiplication type digital-
実施の形態1と実施の形態2とで、主に異なる部分は、MDAC300の出力ノードNout(NoutP、NoutN)に接続されるバッファ回路が、実施の形態1と実施の形態2との間で異なっている。実施の形態2においては、実施の形態1において用いられていたバッファ回路17Pおよび17Nのそれぞれが、ソースフォロワ回路によって構成されている。すなわち、バッファ回路17Pの代わりにソースフォロワ回路200Pが用いられ、バッファ回路17Nの代わりにソースフォロワ回路200Nが用いられている。
The main difference between the first embodiment and the second embodiment is that the buffer circuit connected to the output node Nout (NoutP, NoutN) of the
正相入力信号VinPのサンプリングおよび残差増幅を行う容量回路100Pの出力ノードNoutPに接続されたソースフォロワ回路200Pは、入力用の電界効果型トランジスタ(以下、MOSFETと称する)21Pと電流源用のMOSFET22Pとを含んでいる。同様に、逆相入力信号VinNのサンプリングおよび残差増幅を行う容量回路100Nの出力ノードNoutNに接続されたソースフォロワ回路200Nは、入力用のMOSFET21Nと電流源用のMOSFET22Nとを具備している。これらのMOSFET21P、22P、21Nおよび22Nは、この実施の形態においては、Nチャンネル型のMOSFETである。また、図2に示したMDAC300は、特に制限されないが、周知の半導体製造プロセスによって、1個の半導体装置に形成されている。
The
ソースフォロワ回路200Pにおける入力用MOSFET21Pは、そのゲート電極が対応する出力ノードNoutPに接続され、そのドレインは電源電圧Vddに接続され、そのソースSは、電流源用MOSFET22Pのドレインに接続されている。電流源用MOSFET22Pのソースは接地電圧Vsに接続され、そのゲートには所定のバイアス電圧Vbが供給されている。このソースフォロワ回路200Pの出力信号VoutPは、入力用MOSFET21PのソースSから取り出される。また、入力用MOSFET21Pおよび電流源用MOSFET22PのそれぞれのバックゲートBは、対応するMOSFETのソースに接続されている。
The
ソースフォロワ回路200Pと同様に、ソースフォロワ回路200Nにおける入力用MOSFET21Nは、そのゲート電極が対応する出力ノードNoutNに接続され、そのドレインは電源電圧Vddに接続され、そのソースSは、電流源用MOSFET22Nのドレインに接続されている。電流源用MOSFET22Nのソースは接地電圧Vsに接続され、そのゲートには所定のバイアス電圧Vbが供給されている。このソースフォロワ回路200Nの出力信号VoutNも、入力用MOSFET21NのソースSから取り出される。また、入力用MOSFET21Nおよび電流源用MOSFET22NのそれぞれのバックゲートBは、対応するMOSFETのソースに直接接続されている。
Similarly to the
それぞれのソースフォロワ回路200Pおよび200Nの出力信号VoutPおよびVoutNの過渡応答波形が、残差増幅期間内で収束するように、上記した入力用MOSFET21P、21Nのゲート幅と電流源用MOSFET22P、22Nの電流値が調整される。この場合、電流源用MOSFET22P、22Nの電流値は、バイアス電圧Vbの値を調整することにより、調整できる。このように、残差増幅期間内で、それぞれの出力電圧の波形が収束するようにすることで、次のサンプリングを開始するタイミングを早くすることが可能となる。
The gate widths of the
また、入力用MOSFET21P(21N)のバックゲートBを、そのMOSFET21P(21N)のソースSに直接的に接続することにより、入力用MOSFET21P(21N)において基板バイアス効果を低減している。これにより、ソースフォロワ回路200P(200N)の電圧利得を1に近づけるようにすることができる。
Further, the substrate bias effect is reduced in the
このように、Nチャンネル型MOSFETを入力用MOSFET21P(21N)とし、バックゲートをソースに接続するためには、この入力用MOSFET21P(21N)を形成するためのPチャンネル型ウェルを、半導体装置の半導体基板に形成することが必要とされる場合がある。そのため、バックゲートBをソースSではなく、接地電圧Vsに接続することが考えられる。この場合には、入力用MOSFET21P(21N)に基板バイアス効果が生じ、ソースフォロワ回路200P(200N)の電圧利得が1よりも小さくなるが、通常知られているデジタル補正技術により、その影響を補償できるため、勿論、そのように実現してもよい。
As described above, the N-channel MOSFET is used as the
また、Nチャンネル型MOSFETではなく、Pチャンネル型MOSFETを用いて、ソースフォロワ回路200P、200Nを構成することも考えられる。Pチャンネル型MOSFETは、Nチャンネル型MOSFETに比べると、応答速度が劣るが、低雑音の特性を有する。また、Pチャンネル型MOSFETを、入力用MOSFETとした場合には、周知の半導体製造プロセスを用いてNチャンネル型ウェル上に形成できるため、そのバックゲートとソースとを直接接続することが可能である。
It is also conceivable to configure the
この実施の形態2に示したように、ソースフォロワ回路200Pおよび200Nをバッファ回路として用いることにより、ソースフォロワ回路の持つ低消費電力で高速な過渡応答を利用することができ、結果としてサイクリック型アナログデジタル変換器の低消費電力化と高速性の向上を図ることが可能となる。また、この実施の形態2においても、入力用MOSFET21P(21N)のゲートとソースとの間は電気的に分離されているため、電荷分散により容量回路に保持されている電荷が破壊されるのを防ぐことが可能である。
As shown in the second embodiment, by using the
なお、図が複雑になるのを避けるために、図2では、電源ノードNvd、Nvsは省略されている。 Note that the power supply nodes Nvd and Nvs are omitted in FIG. 2 in order to avoid the complexity of the figure.
(実施の形態3)
図4(a)は、実施の形態3に係わるサイクリック型アナログデジタル変換器402の構成を示すブロック図である。また、図4(b)は、サイクリック型アナログデジタル変換器402の動作を示すタイミング図である。
(Embodiment 3)
FIG. 4A is a block diagram showing a configuration of the cyclic analog-
図4(a)において、400aおよび400bは、乗算型デジタルアナログ変換回路である。この乗算型デジタルアナログ変換回路400aおよび400bのそれぞれには、図1あるいは図2に示したMDAC300が用いられる。また、同図において、301は、アナログ回路であり、図3に模式的に示したアナログ回路と同様な構成を有している。303も、図3に示したスイッチと同様な構成を有するスイッチである。
In FIG. 4A,
図1および図3を用いて説明した実施の形態1においては、1段のMDAC300によって、サイクリック型アナログデジタル変換器が構成されていた。これに対して、実施の形態3においては、図1あるいは図2に示したMDAC300と同様な構成および同様な動作を行うMDAC400aおよび400bが2段直列に接続されて、サイクリック型アナログデジタル変換器402が構成されている。
In the first embodiment described with reference to FIGS. 1 and 3, the cyclic analog-digital converter is configured by one stage of
MDAC400aおよび400bの構成および動作は、実施の形態1あるいは実施の形態2で説明したMDAC300と同様であるので、ここでは詳しい説明は省略する。
Since the configurations and operations of the
MDAC400aの入力ノードNinは、スイッチ303に接続されている。アナログ回路301から出力されるアナログ信号である入力信号VinP、VinNをデジタル信号へ変換する際、スイッチ303によって、入力信号VinP、VinNが、MDAC400aの入力ノードNinに取り込まれる。この取り込まれた入力信号VinP、VinNをデジタル信号に変換している期間では、スイッチ303のノード303Cとノード303bとが接続される。これにより、デジタル信号へ変換している期間においては、入力信号VinP、VinNに関する信号が、MDAC400a、バッファ回路401a、MDAC400bおよびバッファ回路401b、スイッチ303からなる閉ループを循環する。すなわち、入力信号VinP、VinNに関する信号を処理する観点では、これらの回路およびスイッチ303が直列に接続されている。ここで、バッファ回路401aおよび401bは、図1および図2に示したバッファ回路あるいはソースフォロワ回路である。
The input node Nin of the
図4(b)には、MDAC400aおよび400bの動作タイミングが示されている。図4(b)において、上側には、MDAC400aの動作タイミングが示されており、下側には、MDAC400bの動作タイミングが示されている。それぞれのMDAC400a、400bは、図1および図3で述べたように、サンプリング期間と、それに続く残差増幅期間とで動作を行う。すなわち、サンプリング期間で、粗量子化と、完全差動サンプリングの動作を行い、残差増幅期間で、残差の増幅動作を行う。
FIG. 4B shows the operation timing of the
先ず、サンプリング期間1Sにおいて、スイッチ303を介してMDAC400aが、入力信号VinP、VinNを完全差動サンプリングし、またこの期間で粗量子化を行う。サンプリング期間1Sに続く残差増幅期間1Aにおいて、MDAC400aは、残差の増幅動作を行い。増幅された残差は、出力ノードNoutからバッファ401aを介して、MDAC400bの入力ノードNinに伝達される。残差増幅期間1Aにおいても、MDAC400aの出力は、バッファ回路401aを介して、MDAC400bの入力ノードNinに伝達されるため、MDAC400bは、MDAC400aの残差増幅期間1Aと重なったときから、サンプリング期間2Sを開始する。MDAC400bは、サンプリング期間2Sで完全差動サンプリングと粗量子化を行い、続く残差増幅期間2Aにおいて、残差の増幅を行う。この残差増幅期間2Aのときから、MDAC400bの出力は、バッファ回路401bおよびスイッチ303を介して、MDAC400aの入力ノードNinに伝達される。これにより、MDAC400bの残差増幅期間2AとMDAC400aのサンプリング期間3Sとが重なっている。以降、Nビットのデジタル信号が得られるまで、サンプリング期間と残差期間が重なるように処理が行われる。すなわち、パイプライン的に処理が実行される。これにより、変換されたデジタル信号において、最上位ビットから数えて奇数番目のビットはMDAC400aで、偶数番目のビットはMDAC400bで変換処理される。この実施の形態においては、乗算型デジタルアナログ変換回路を2段で動作させることにより、変換レートを2倍にできる利点がある。
First, in the
また、バッファ回路401aおよび401bによって、2段のMDAC400a、400b間の入力ノードNinと出力ノードNout間は電気的に分離されている。例えば、MDAC400aの出力ノードNoutとMDAC400bの入力ノードNinとの間は、バッファ回路401aによって電気的に分離されている。これにより、残差増幅期間とサンプリング期間とが重なっても、MDAC400aの容量回路と、MDAC400bの容量回路との間で電荷分散が発生するのを防ぐことが可能となる。例えば、残差増幅期間1Aにおいて、MDAC400aの容量回路に保持している電荷が、サンプリング期間2Sと重なっても、MDAC400bの容量回路との電荷分散が行われない。これにより、MDAC400aは、正確な電圧を、残差増幅期間1Aの間維持することが可能となり、精度の低下の抑制と、変換レートの向上が図れる。
In addition, the
(実施の形態4)
図5は、実施の形態4に係わる乗算型デジタルアナログ変換回路500の構成を示す回路図である。実施の形態4においては、実施の形態1あるいは実施の形態2において説明したMDAC300に比べて、高い残差増幅率Gを有する乗算型デジタルアナログ変換回路が提供される。実施の形態1あるいは2では、残差増幅率Gは、ほぼ2倍であったが、この実施の形態4によれば、ほぼ4倍の残差増幅率Gを有する乗算型デジタルアナログ変換回路が提供される。図5に示すMDAC500は、図3あるいは図4に示したサイクリック型アナログデジタル変換器に用いられる。すなわち、MDAC500は、図3の場合、MDAC300として用いられ、図4の場合、MDAC401aおよび401bとして用いられる。
(Embodiment 4)
FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of a multiplication type digital-
図5において、MDAC500は、正相入力信号VinPおよび逆相入力信号VinNを粗く量子化する粗量子化器510と、粗量子化器510の出力に従って制御信号PC1〜PC6およびNC1〜NC6を生成する制御部511とを具備する。さらに、MDAC500は、正相入力信号VinPおよび逆相入力信号VinNをサンプリングし、増幅を行う容量回路501Pおよび501Nと、制御部511からの制御信号PC1〜PC6およびNC1〜NC6に基づいて、容量回路501Pおよび501Nへ供給される電圧を定める電圧供給部502Pおよび502Nを具備する。特に制限されないが、この実施の形態4においても、MDAC500の出力ノードNoutPおよびNoutNには、バッファ回路17Pおよび17Nの入力が接続されている。図5には、これらのバッファ回路17Pおよび17Nも、MDAC500とともに描かれている。
In FIG. 5,
容量回路501Pおよび501Nは、互いに同様な構成を有しているので、容量回路501Pについて、先ず詳細に説明する。容量回路501Pは、2倍以上の残差増幅率G(この実施の形態においてはほぼ4倍の残差増幅率G)を得るために、2個の容量バンクを有している。同図では図面が複雑になるのを避けるために、特に明示していないが、2個の容量バンクの内の一方の容量バンクを第1容量バンクBK1とし、他方の容量バンクを第2容量バンクBK2として説明する。
Since the
第1容量バンクBK1は、それぞれの第1電極P1が出力ノードNoutPに接続された複数の容量素子を含み、第2容量バンクBK2は、それぞれの第1電極P1が、スイッチを介して第1容量バンクBK1内の対応する容量素子の第2電極P2に接続された複数の容量素子を含んでいる。図5に沿って説明すると、第1容量バンクBK1は、出力ノードNoutPに第1電極P1が接続された容量素子52P、61P、62P、63P、64P、65Pおよび66Pを有している。また、第2容量バンクBK2は、スイッチ41P、42P、43P、44P、45P、46Pおよび47Pをそれぞれ介して、対応する容量素子52P、61P、62P、63P、64P、65Pおよび66Pのそれぞれの第2電極P2に、それぞれ第1電極P1が接続された容量素子53P、71P、72P、73P、74P、75Pおよび76Pを有している。
The first capacitor bank BK1 includes a plurality of capacitor elements each having the first electrode P1 connected to the output node NoutP, and the second capacitor bank BK2 includes the first capacitor P1 via the switch. It includes a plurality of capacitive elements connected to the second electrode P2 of the corresponding capacitive element in the bank BK1. Referring to FIG. 5, the first capacitor bank BK1 includes
第1容量バンクBK1に含まれる容量素子52P、61P、62P、63P、64P、65Pおよび66Pのそれぞれの第1電極P1は、スイッチ31Pを介して入力ノードNinPに接続され、容量素子52P、61P、62P、63P、64P、65Pおよび66Pのそれぞれの第2電極P2は、複数のスイッチ群によって構成されたスイッチ列39Pを介して入力ノードNinNに接続されている。また、第2容量バンクBK2に含まれる容量素子53P、71P、72P、73P、74P、75Pおよび76Pのそれぞれの第2電極P2は、上記した複数のスイッチ群によって構成されたスイッチ列39Pに接続されている。同図から判るように、第1容量バンクBK1に含まれる容量素子のそれぞれの第2電極P2と、第2容量バンクBK2に含まれる容量素子のそれぞれの第2電極は、スイッチ列39に含まれるスイッチ群において、互いに異なるスイッチを介して、入力ノードNinNに接続されている。
The first electrodes P1 of the
また、第2容量バンクBK2に含まれる容量素子53P、71P、72P、73P、74P、75Pおよび76Pのそれぞれの第1電極は、スイッチ32P、33P、34P、35P、36P、37Pおよび38Pを介して入力ノードNinPに接続されている。さらに、第2容量バンクBK2における容量素子53Pの第2電極P2は、スイッチ82Pを介して電源電圧Vddに接続され、容量素子71P、72P、73P、74P、75Pおよび76Pのそれぞれの第2電極P2は、それぞれスイッチ83P、84P、85P、86P、87Pおよび88Pを介して電圧供給部502Pの出力に接続されている。
The first electrodes of the
さらに、容量回路501Pは、出力ノードNoutPに接続された第1電極P1と、スイッチ列39P内のスイッチを介して入力ノードNinNに接続され、スイッチ81Pを介して電源電圧Vddに接続された第2電極P2とを有する容量素子51Pを具備している。
Further, the
電圧供給部501Pは、この実施の形態4においては、複数のインバータ回路91P、92P、93P、94P、95Pおよび96Pを有しており、それぞれのインバータ回路は、電源ノードNvdおよびNvsに接続され、電源ノードNvd、Nvsから給電される電源電圧Vdd、接地電圧Vsを動作電圧として動作する。すなわち、インバータ回路91P〜96Pのそれぞれは、共通の電源電圧により動作する。
In this fourth embodiment,
インバータ回路91P〜96Pには、制御部511からの制御信号PC1〜PC6が入力される。これにより、インバータ回路91Pは、制御信号PC1の電圧に対して反転した電圧をスイッチ83Pへ供給する。この場合、インバータ回路91Pは、電源ノードNvdあるいはNvsに給電されている電源電圧VddあるいはVsをスイッチ83Pへ供給することになる。同様に、インバータ回路92Pは、制御信号PC2を反転した信号の電圧をスイッチ84Pへ供給し、インバータ回路93Pは、制御信号PC3を反転した信号の電圧をスイッチ85Pへ供給する。また、インバータ回路94Pは、制御信号PC4を反転した信号の電圧をスイッチ86Pへ供給し、インバータ回路95Pは、制御信号PC5を反転した信号の電圧をスイッチ87Pへ供給し、インバータ回路96Pは、制御信号PC6を反転した信号の電圧をスイッチ88Pへ供給する。
Control signals PC1 to PC6 from the
実施の形態1あるいは実施の形態2と同様に、入力ノードNinPには、正相入力信号VinPが供給され、入力ノードNinNには、逆相入力信号VinNが供給される。この実施の形態4において、入力ノードNinPおよびNinNは、MDAC500の入力ノードであるとともに、容量回路501Pおよび501Nの入力ノードでもある。また、出力ノードNoutPは、MDAC500の出力ノードであるとともに、容量回路501Pの出力ノードでも有り、出力ノードNoutNは、MDAC500の出力ノードであるとともに、容量回路501Nの出力ノードでも有る。
As in the first or second embodiment, the input node NinP is supplied with the normal phase input signal VinP, and the input node NinN is supplied with the negative phase input signal VinN. In the fourth embodiment, input nodes NinP and NinN are input nodes of
出力ノードNoutPおよびNoutNは、バッファ回路17P、17Nの入力に接続される。このバッファ回路17Pおよび17Nは、図3では、バッファ回路302に相当し、図4では、バッファ回路401aあるいは401bに相当する。入力ノードNinPに正相入力信号VinPが供給され、入力ノードNinNに逆相入力信号VinNが供給されることにより、出力ノードNoutPからは、正相入力信号VinPに応じた残差の増幅された残差増幅信号が出力され、出力ノードNoutNからは、逆相入力信号VinNに応じた残差増幅信号が出力される。これにより、出力ノードNoutP、NoutN間には、残差増幅信号の差動信号が出力されることになる。この差動信号は、バッファ回路17P、17N(例えば,図3では302が該当)を介して、スイッチ303に供給される。その後、図3の例では、MDAC500の入力ノードNinP、NinNへ帰還される。
Output nodes NoutP and NoutN are connected to the inputs of
第2容量回路501Nも、第1容量回路501Pと同様に、図示はしていないが、第1容量バンクBK1と第2容量バンクBK2を有している。第1容量バンクBK1は、出力ノードNoutNに第1電極が接続された容量素子52N、61N〜66Nを有し、第2容量バンクBK2は、スイッチ41N〜47Nを介して容量素子52N、61N〜66Nの第2電極P2に接続された容量素子53N、71N〜76Nを有している。第1容量バンクBK1の容量素子52N、61N〜66Nの第2電極P2は、複数のスイッチ群により構成されたスイッチ列39Nを介して入力ノードNinPに接続されている。また、第2容量バンクBK2の容量素子53N、71N〜76Nの第1電極P1は、スイッチ32N〜38Nを介して入力ノードNinNに接続されている。さらに、これらの容量素子53N、71N〜76Nの第2電極P2はスッチ列39Nを介して入力ノードNinPに接続され、容量素子53Nの第2電極P2は、スイッチ82Nを介して電源電圧Vddに接続され、容量素子71N〜76Nの第2電極P2は、スイッチ83N〜88Nを介して電圧供給部501Nの出力に接続されている。
Similarly to the
また、容量回路501Nは、その第1電極P1が出力ノードNoutNに接続され、その第2電極P2が、スイッチ列39Nを介して入力ノードNinPに接続され、さらにスイッチ81Nを介して電源電圧にVddに接続された容量素子51Nを含んでいる。
In the
電圧供給部501Nは、電圧供給部501Pと同様に、複数のインバータ回路91N〜96Nを含んでおり、それぞれの動作電源が、電源ノードNvd、Nvsから共通に給電される。これらのインバータ回路91N〜96Nには、制御部511からの制御信号NC1〜NC6が供給され、インバータ回路91N〜96Nは、制御信号NC1〜NC6に対して反転した電圧をスイッチ83N〜88Nへ供給する。なお、インバータ回路91N〜96Nのそれぞれが、スイッチ83N〜88Nのそれぞれへ供給する電圧は、電源ノードNvd、Nvsに給電される電源電圧あるいは接地電圧に相当する電圧である。
Similarly to the
この実施の形態4において、上記した容量素子51Pおよび51Nのそれぞれの容量値をC1とし、容量素子52P、52N、53Pおよび53Nのそれぞれの容量値をC2とする。また、第1容量バンクBK1に含まれる容量素子61P〜66Pおよび61N〜66Nのそれぞれの容量値をC3とし、第2容量バンクBK2に含まれる容量素子71P〜76Pおよび71N〜76Nのそれぞれの容量値もC3とする。
In the fourth embodiment, the capacitance values of the
次に、この実施の形態4に係わるMDAC500の動作について説明する。
Next, the operation of the
このMDAC500も、実施の形態1あるいは2と同様に、サンプリング期間と残差増幅期間に分けて動作する。
This
サンプリング期間においては、スイッチ31P〜38P、31N〜38N、スイッチ列39Pおよび39Nがオン状態にされ、残りのスイッチ41P〜47P、41N〜47N、81P〜88Pおよび81N〜88Nのそれぞれは、オフ状態にされる。これにより、容量回路501P内の第1容量バンクBK1における容量素子52P、61P〜66Pおよび容量回路501P内の第2容量バンクBK2における容量素子53P、71P〜76Pのそれぞれの第1電極P1に正相入力信号VinPが供給され、それぞれの第2電極P2に逆相入力信号VinNが供給される。また、容量回路501P内の容量素子51Pの第1電極P1にも、正相入力信号VinPが供給され、その第2電極P2には、逆相入力信号VinNが供給される。すなわち、各容量素子の1対の電極P1、P2には、正相入力信号VinPと逆相入力信号VinNとが印加されることになり、完全差動でサンプリングが行われる。
In the sampling period, the
一方、このとき、容量回路501N内の第1容量バンクBK1における容量素子52N、61N〜66Nおよび第2容量バンクBK2における容量素子53N、71N〜76Nのそれぞれの第1電極P1には、逆相入力信号VinNが供給され、それぞれの第2電極P2には、正相入力信号VinPが供給される。また、このとき、容量回路501Nにおける容量素子51Nの第1電極P1には、逆相入力信号VinNが供給され、その第2電極P2には、正相入力信号VinPが供給される。すなわち、各容量素子の1対の電極P1、P2には、逆相入力信号VinNと正相入力信号VinPとが印加されることになり、完全差動でサンプリングが行われる。その結果として、各容量素子の容量値を小さくしても、保持されている電荷量は維持することが可能となり、占有面積の増加を防ぐことが可能となる。
On the other hand, at this time, the negative phase input is applied to the first electrodes P1 of the capacitive elements 52N and 61N to 66N in the first capacitive bank BK1 and the capacitive elements 53N and 71N to 76N in the second capacitive bank BK2 in the
実施の形態1および2においても、同様であるが、容量回路501Pにおいて出力ノードNoutPに、その第1電極P1が接続されている容量素子51P、52Pおよび61P〜66Pの第1電極P1には、サンプリング期間、正相入力信号VinPが供給される。これに対して、容量回路501Nにおいては、出力ノードNoutNに第1電極P1が接続された容量素子51N、52Nおよび61N〜66Nの第1電極P1には、サンプリング期間、逆相入力信号VinNが供給される。これにより、容量回路501Pは、正相入力信号VinPに関する残差増幅信号を出力ノードNoutPに出力し、容量回路501Nは、逆相入力信号VinNに関する残差増幅信号を出力ノードNoutNに出力することになる。
The same applies to the first and second embodiments. However, in the
このサンプリング期間においては、入力ノードNinPおよびNinNに供給されている正相入力信号VinPと逆相入力信号VinNに対して、粗量子化器510によって、粗い量子化が行われる。図5では、入力ノードVinP、VinNと粗量子化器510の入力とが分離しているように描かれているが、粗量子化器510の入力は、入力ノードNinP、NinPに結合されているものと理解されたい。
In this sampling period, coarse quantization is performed by the
粗量子化器510による量子化は、実施の形態1で述べたところの粗量子化器114による量子化と類似しているが、この実施の形態4においては、7値の量子化が行われる。すなわち、実施の形態1では、正相入力信号VinPと逆相入力信号VinNとの間の差電圧(VinP−VinN)が、(a)基準電圧Vref/4よりも大きいか、(b)基準電圧Vref/4と基準電圧―Vref/4との間に存在するか、あるいは(c)基準電圧―Vref/4よりも小さいかを判定し、入力信号の量子化を行っていた。
The quantization by the
これに対して、この実施の形態4では、粗量子化器510は、入力差動信号の差電圧(VinP−VinN)が、次の電圧範囲のいずれに存在するかを判定し、量子化を行う。すなわち、差電圧(VinP−VinN)が、(a1)5Vref/8以上か、(a2)5Vref/8と3Vref/8の間に存在するか、(a3)3Vref/8とVref/8の間に存在するか、(b)Vref/8と−Vref/8の間に存在するか、(c3)−Vref/8と−3Vref/8の間に存在するか、(c2)−3Vref/8と−5Vref/8の間に存在するか、(c1)−5Vref/8以下かを判定する。
On the other hand, in the fourth embodiment, the
粗量子化器510は、差電圧が(a1)と判定した場合、出力するデジタル信号Diの値を“3”とし、差電圧が(a2)と判定した場合、出力するデジタル信号Diの値を“2”とし、差電圧が(a1)と判定した場合、出力するデジタル信号Diの値を“1”とする。また、粗量子化器510は、差電圧が(b)と判定した場合、出力するデジタル信号Diの値を“0”とし、差電圧が(c3)と判定した場合、出力するデジタル信号Diの値を“−1”とし、差電圧が(c2)と判定した場合、出力するデジタル信号Diの値を“−2”とし、差電圧が(c1)と判定した場合、出力するデジタル信号Diの値を“−3”とする。このような量子化により得られたデジタル信号Diは、サイクリック型アナログデジタル変換器から出力される。また、粗量子化器510から時系列的に出力される複数のデジタル信号Diに対して所定の処理を行うことにより、2値のデジタル信号へ変換される。さらに、粗量子化器510からの出力であるデジタル信号Diは、制御部511に供給される。
サンプリング期間に続く残差増幅期間においては、スイッチ31P〜38P、31N〜38N、およびスイッチ列39P、39Nがオフ状態にされる。一方、スイッチ41P〜47P、81P〜88P、スイッチ41N〜47N、および81N〜88Nがオン状態にされる。これにより、容量回路501Pにおいては、第1容量バンクBK1の容量素子52Pおよび61P〜66Pのそれぞれの第2電極P2に、第2容量バンクBK2の容量素子53Pおよび71P〜76Pのそれぞれの第1電極P1が接続されることになる。すなわち、第1容量バンクにおける容量素子と第2容量バンクBK2における容量素子とが直列接続されることになる。同様に、容量回路501Nにおいても、第1容量バンクBK1の容量素子52Nおよび61N〜66Nのそれぞれの第2電極P2に、第2容量バンクBK2の容量素子53Nおよび71N〜76Nのそれぞれの第1電極P1が接続されることになる。これにより、容量回路501Nにおいても、第1容量バンクBK1における容量素子と第2容量バンクBK2における容量素子とが直列接続されることになる。
In the residual amplification period following the sampling period, the
残差増幅期間において、直列接続される容量素子の例を述べるならば、容量回路501Pでは、容量素子52Pの第2電極P2が、容量素子53Pの第1電極P1に接続され、容量素子66Pの第2電極P2が、容量素子76Pの第1電極P1に接続される。同様に、容量回路501Nでは、容量素子52Nの第2電極P2が、容量素子53Nの第1電極P1に接続され、容量素子66Nの第2電極P2が、容量素子76Nの第1電極P1に接続される。
If an example of a capacitive element connected in series in the residual amplification period is described, in the
残差増幅期間においては、スイッチ81P〜82Pおよび81N〜82Nがオン状態にされるため、容量回路501Pにおける容量素子51Pは、電源電圧Vddと出力ノードNoutPとの間に接続されることになる。また、容量回路501Pにおける容量素子52Pおよび53Pは、電源電圧Vddと出力ノードNoutPとの間に直列接続されることになる。同様に、容量回路501Nにおける容量素子51Nは、電源電圧Vddと出力ノードNoutNとの間に接続されることになる。また、容量回路501Nにおける容量素子52Nおよび53Nは、電源電圧Vddと出力ノードNoutNとの間に直列接続されることになる。
In the residual amplification period, the
これらの容量素子51P〜53P(51N〜53N)は、出力ノードNoutP(NoutN)におけるコモン電圧Vcmを適切に設定するために、用いられる。このコモン電圧Vcmは、バッファ回路17P(17N)の動作点を考慮して定めることが望ましい。実施の形態1、2において述べた容量素子12P、13P、12N、13Nも、コモン電圧Vcmを適切に設定するために用いられる。なお、コモン電圧Vcmの調整方法は、図5に示した構成と方法以外にも様々なバリエーションが考えられ、勿論、そのいずれにおいても本発明は有効である。
These
残差増幅期間において、スイッチ83P〜88Pおよび83N〜88Nがオン状態にされるため、第2容量バンクBK2内の容量素子71P〜76Pのそれぞれの第2電極P2には、スイッチ83P〜88Pを介して、電圧供給部502Pからの電圧が供給される。同様に、第2容量バンクBK2内の容量素子71N〜76Nのそれぞれの第2電極P2には、スイッチ83N〜88Nを介して、電圧供給部502Nからの電圧が供給される。この実施の形態4においては、インバータ回路91P〜96Pの出力電圧が、対応する容量素子71P〜76Pの第2電極P2に印加され、インバータ回路91N〜96Nの出力電圧が、対応する容量素子71N〜76Nの第2電極P2に印加される。ここで、それぞれのインバータ回路は、供給される制御信号PC1〜PC6、PN1〜PN6に従って電源ノードNvdに給電されている電源電圧Vddあるいは電源ノードNvsに給電されている接地電圧Vsを出力電圧として、対応する容量素子の第2電極P2に印加することになる。
Since the
残差増幅期間において、制御部511は、粗量子化器510から出力されるデジタル信号Diに従って、制御信号PC1〜PC6およびNC1〜NC6を生成する。この実施の形態4においては、制御部511は、デジタル信号Diが“3”のとき(a1)、正相側の容量回路501Pにおける第2容量バンクBK2の6個の容量素子71P〜76Pのそれぞれの第2電極P2に、インバータ回路91P〜96Pから接地電圧Vs(グランド)の出力電圧が印加されるような制御信号PC1〜PC6を生成する。このとき、逆相側の容量回路501N内の第2容量バンクBK2における6個の容量素子71N〜76Nのそれぞれの第2電極P2に、インバータ回路91N〜96Nから電源電圧Vddの出力電圧が印加されるような制御信号NC1〜NC6を生成する。
In residue amplification period, the
また、デジタル信号Diが“2”のとき(a2)、制御部511は、容量回路501P内の第2容量バンクBK2における容量素子71P〜76Pのうち、5個の容量素子の第2電極P2に、インバータ回路から接地電圧Vsの出力が印加され、残りの1個の容量素子の第2電極P2に、インバータ回路から電源電圧Vddの出力が印加されるような制御信号PC1〜PC6を生成する。このとき、制御部511は、容量回路501Nの第2容量バンクBK2における容量素子71N〜76Nのうち、5個の容量素子の第2電極P2に、インバータ回路から電源電圧Vddの出力が印加され、残りの1個の容量素子の第2電極P2に、インバータ回路から接地電圧Vsの出力が印加されるような制御信号NC1〜NC6を生成する。
Further, when the digital signal D i is "2" (a2), the
デジタル信号Diが“1”のとき(a3)、制御部511は、容量回路501P内の第2容量バンクBK2における容量素子71P〜76Pのうち、4個の容量素子の第2電極P2に、接地電圧Vsの出力がインバータ回路から印加され、残りの2個の容量素子の第2電極P2に、電源電圧Vddの出力がインバータ回路から印加されるような制御信号PC1〜PC6を生成する。このとき、容量回路501Nの第2容量バンクBK2における容量素子71N〜76Nのうち、4個の容量素子の第2電極P2に、電源電圧Vddの出力が印加され、残りの2個の容量素子の第2電極P2に、接地電圧Vsの出力が印加されるような制御信号NC1〜NC6を生成する。
When the digital signal D i is "1" (a3), the
デジタル信号Di=0のとき(b)、制御部511は、容量回路501P内の第2容量バンクBK2における容量素子71P〜76Pのうち、3個の容量素子の第2電極P2に、接地電圧Vsの出力がインバータ回路から印加され、残りの3個の容量素子の第2電極P2に、電源電圧Vddの出力がインバータ回路から印加されるような制御信号PC1〜PC6を生成する。このとき、容量回路501N内の第2容量バンクBK2における容量素子71N〜76Nのうち、3個の容量素子の第2電極P2に、電源電圧Vddの出力がインバータ回路から印加され、残りの3個の容量素子の第2電極P2に、接地電圧Vsの出力がインバータ回路から印加されるような制御信号NC1〜NC6を生成する。
When the digital signal D i = 0 (b), the
デジタル信号Diが“−1”のとき(c3)、制御部511は、容量回路501P内の第2容量バンクBK2における容量素子71P〜76Pのうち、2個の容量素子の第2電極P2に、接地電圧Vsの出力がインバータ回路から印加され、残りの4個の容量素子の第2電極P2に、電源電圧Vddの出力がインバータ回路から印加されるような制御信号PC1〜PC6を生成する。また、このときには、容量回路501N内の第2容量バンクBK2における容量素子71N〜76Nのうち、2個の容量素子の第2電極P2に、電源電圧Vddの出力がインバータ回路から印加され、残りの4個の容量素子の第2電極P2に、接地電圧Vsの出力がインバータ回路から印加されるような制御信号NC1〜NC6を生成する。
When the digital signal D i is "-1" (c3), the
デジタル信号Diが“−2”のとき(c2)、制御部511は、容量回路501P内の第2容量バンクBK2における容量素子71P〜76Pのうち、1個の容量素子の第2電極P2に、接地電圧Vsの出力がインバータ回路から印加され、残りの5個の容量素子の第2電極P2に、電源電圧Vddの出力がインバータ回路から印加されるような制御信号PC1〜PC6を生成する。このとき、容量回路501N内の第2容量バンクBK2における容量素子71N〜76Nのうち、1個の容量素子の第2電極P2に、電源電圧Vddの出力がインバータ回路から印加され、残りの5個の容量素子の第2電極P2に、接地電圧Vsの出力がインバータ回路から印加されるような制御信号NC1〜NC6を生成する。
When the digital signal D i is "-2" (c2), the
最後に、デジタル信号Diが“−3”のとき(c1)、制御部511は、容量回路501P内の第2容量バンクBK2における全ての容量素子71P〜76Pの第2電極P2に、電源電圧Vddの出力がインバータ回路から印加されるような制御信号PC1〜PC6を生成する。このとき、制御部511は、容量回路501N内の第2容量バンクBK2における全ての容量素子71N〜76Nの第2電極P2に、接地電圧Vsの出力がインバータ回路から印加されるような制御信号NC1〜NC6を生成する。
Finally, when the digital signal D i is "-3" (c1), the
この実施の形態4によれば、サンプリング期間においては、容量回路501P(501N)内の第1容量バンクBK1における容量素子61P〜66P(61N〜66N)と第2容量バンクBK2における容量素子71P〜76P(71N〜76N)とが、並列的に完全差動サンプリングによって充電される。サンプリング期間に続く残差増幅期間においては、それぞれ充電された第1容量バンクBK1における容量素子61P〜66P(61N〜66N)と第2容量バンクBK2における容量素子71P〜76P(71N〜76N)とが直列接続される。これにより、出力ノードNoutP(NoutN)における電圧を2倍以上にすることが可能となる。また、粗量子化器の出力は、電圧供給回路によって容量回路に与えられ、出力ノードNoutP(NoutN)における電圧に反映される。
According to the fourth embodiment, in the sampling period, the
上述した動作により、バッファ回路17Pの出力電圧VoutPとバッファ回路17Nの出力電圧VoutNとの差電圧Vout、すなわち、MDAC500の出力電圧Voutは式(7)に従う。ここで、MDACの利得Gは4に近い値となる。また、Vinは、正相入力信号VinPと逆相入力信号VinNとの差電圧であり、Vrefは式(3)と同様にVddと各容量比で表される。
With the above-described operation, the difference voltage Vout between the output voltage VoutP of the
この実施の形態4においても、実施の形態1と同様に、サンプリングに用いる容量が複数の容量素子により構成され、残差増幅期間に、容量素子の第2電極P2に電源電圧Vddまたは接地電圧Vsを印加することにより、粗量子化器510の出力が反映される。このとき、基準電圧Vrefは、サンプリングに用いられる複数の容量素子の容量比によって等価的に設定される。見方を変えると、電源電圧Vddと接地電圧Vsとの間の電圧差を容量比に従った電圧分圧を行い、さらに、それを相補的な動作を行う差動回路構成とすることで、等価的に基準電圧Vrefが設定される。これにより、電圧供給部502P、502Nは、電源電圧Vddあるいは接地電圧Vsを、残差増幅期間において、サンプリングに用いる複数の容量素子へ印加すれば良く、別途、高精度の基準電圧発生回路を持つ必要が無くなり、消費電力を削減することができる。また、サンプリングは、完全差動サンプリングで行われるため、サンプリングに用いる容量素子の容量値を1/4に低減でき、占有面積の増加を抑制することが可能となる。
In the fourth embodiment, similarly to the first embodiment, the capacitor used for sampling is configured by a plurality of capacitive elements, and the power supply voltage Vdd or the ground voltage Vs is applied to the second electrode P2 of the capacitive element during the residual amplification period. Is applied, the output of the
実施の形態4では、さらに、第1容量バンクBK1と第2容量バンクBK2とを、残差増幅期間において、直列的に接続するようにしているため、MDAC500の電圧増幅率Gを、ほぼ4倍にできる。これに対して、実施の形態1では、前記した基本概念によりほぼ2倍の増幅率が得られる。これに加え、実施の形態4では、第1容量バンクBK1と第2容量バンクBK2とを直列接続することで、更にほぼ2倍の電圧増幅率を得ることができる。その結果として、トータルでほぼ4倍(G≒4)の残差増幅率を得ることが可能となる。残差増幅期間での増幅率を高くすることにより、式(1)から理解されるように、変換回数を減らすことが可能となる。例えば、実施の形態1では、増幅率Gはほぼ2である。これに対して、この実施の形態4では、増幅率Gはほぼ4である。そのため、半分の変換回数Nで、式(1)の最終項における分数の分母の値は、実施の形態1と実施の形態4とで同じ値となる。そのため、実施の形態1(G=2)の場合と比較して、半分の変換回数Nで同程度の変換誤差を実現できる。
In the fourth embodiment, since the first capacitor bank BK1 and the second capacitor bank BK2 are connected in series in the residual amplification period, the voltage amplification factor G of the
変換回数Nが半分で済むため、同じ変換レートであれば、各ビットの変換処理時間を2倍に拡大できる。その結果、バッファ回路17P、17Nの過渡応答時間を2倍に緩和できるため、バッファ回路の消費電力を低減でき、サイクリック型アナログデジタル変換器のさらなる電力低減が可能になる。一方で、実施の形態1は、この実施の形態に比べ、スイッチおよび容量素子等の素子数が少なく、またその構造も単純なため、占有面積をより低減できると言う効果がある。
Since the number of conversions N is half, the conversion processing time for each bit can be doubled at the same conversion rate. As a result, the transient response times of the
(実施の形態5)
図6(a)は、実施の形態5に係わるサイクリック型アナログデジタル変換器600の構成を示すブロック図であり、図6(b)は、サイクリック型アナログデジタル変換器600の動作を示すタイミング図である。この実施の形態5に係わるサイクリック型アナログデジタル変換器600は、実施の形態3において示したサイクリック型アナログデジタル変換器402と類似しているので、相違点を主に説明する。
(Embodiment 5)
FIG. 6A is a block diagram showing the configuration of the cyclic analog-
図6(a)において、601aおよび601bのそれぞれは、乗算型デジタルアナログ変換回路であり、実施の形態1、2あるいは4において述べたMDACが用いられている。同図において、17Aおよび17Bは、バッファ回路であり、それぞれのバッファ回路17A、17Bが、バッファ回路17P,17N(実施の形態1あるいは4)あるいは200P、200N(実施の形態2)を含んでいる。また、63および64は、スイッチであり、機能的には実施の形態3に示したスイッチ303に相当する。
In FIG. 6A, each of 601a and 601b is a multiplication type digital-analog conversion circuit, and the MDAC described in the first, second or fourth embodiment is used. In the figure, 17A and 17B are buffer circuits, and each
この実施の形態では、サイクリック型アナログデジタル変換器600において入力信号Vinを受ける入力バッファ回路として、MDAC601bに付随するバッファ回路17Bが流用される。一般的に、アナログデジタル変換器はサンプリング動作にともないキックバックと呼ばれる前段回路への信号の逆流が起こる。そのため、キックバックを防止するために、入力バッファ回路がアナログデジタル変換器の直前に設けられる。
In this embodiment, the
この実施の形態では、実施の形態1、2あるいは4で述べた乗算型デジタルアナログ変換回路が、MDAC601a、601bとして用いられ、バッファ回路17Aを介して直列に2段接続されている。サイクリック型アナログデジタル変換器600の基本的な動作は、実施の形態3において説明した動作と同様である。スイッチ63がオン状態とされたとき、MDAC601aおよび601bは、スイッチ603およびバッファ回路17A、17Bを介して、残差増幅信号がループを描くように帰還される。ここで、例えば、MDAC601aを初段のMDACとして見た場合、初段MDAC601a内の容量回路の出力は、出力ノードNoutからバッファ回路17Aへ供給され、次段MDAC601b内の容量回路の出力は、出力ノードNoutからバッファ回路17Bへ供給されることになる。
In this embodiment, the multiplying digital-to-analog converter circuit described in the first, second, or fourth embodiment is used as
この実施の形態においては、次段MDAC601bに付随するバッファ回路17Bと、次段MDAC601bの出力ノードNoutとの間にスイッチ63が接続され、サイクリック型アナログデジタル変換器600の入力となる入力信号Vinと、バッファ回路17Bの入力との間にスイッチ64が接続されている。スイッチ63とスイッチ64とは、マルチプレクサ(選択回路)を構成し、バッファ回路17Bの入力には、入力信号Vinを取り込むとき、スイッチ64がオン状態とされ、スイッチ63はオフ状態とされる。一方、アナログデジタル変換の際には、スイッチ64がオフ状態とされ、スイッチ63がオン状態とされる。これにより、MDAC601bからの残差増幅信号、あるいはサイクリック型アナログデジタル変換器600への入力信号(アナログ入力電圧)Vinのいずれかが、スイッチ63、64によって選択され、バッファ回路17Bに入力される。
In this embodiment, a
すなわち、図6(b)において、入力信号Vinを取り込むサンプリング期間(1S)では、スイッチ64がオン状態にされ、スイッチ63がオフ状態にされることで、当該アナログデジタル変換器600へのアナログ入力電圧がバッファ回路17Bに入力され、バッファ回路17Bを介して、初段のMDAC601aに入力される。このようにすることにより、バッファ回路17Bは、あたかも当該アナログデジタル変換器600の前段に設けられた入力バッファ回路として機能することができる。
That is, in FIG. 6B, in the sampling period (1S) for capturing the input signal Vin, the
このようなことが可能になるのは、サンプリング期間(1S)においては、MDAC601bは残差増幅を行う必要がないからである。なお、図6(b)のタイミング図では、Nビット目の残差増幅期間(NA)と、次の入力信号Vinのサンプリング期間(1S)とが重なっているが、実際は最終ビット(N)では残差増幅不要である(粗量子化の機能だけでよい)。図6(b)において、サンプリング期間(1S)以外の期間においては、スイッチ63がオン状態とされ、スイッチ64がオフ状態とされる。これにより、バッファ回路17Bは、実施の形態1、2あるいは4において述べたバッファ回路(17P、17N、200P、200N相当)として機能することができる。
This is possible because the
実施の形態5では、別途必要としていたキックバック防止用の入力バッファをMDAC601bに付随しているバッファ回路で流用できるため、占有面積および消費電力を更に低減することが可能となる。
In the fifth embodiment, since the input buffer for preventing kickback that is separately required can be used in the buffer circuit attached to the
(実施の形態6)
図13は、実施の形態6に係わる乗算型デジタルアナログ変換回路1300の構成を示す回路図である。MDAC1300は、実施の形態1に係わるMDAC300に類似している。以下の説明では、MDAC300において対応する部分の符号を()内に示して、ここでは、対応する部分の詳しい説明は原則省略する。
(Embodiment 6)
FIG. 13 is a circuit diagram showing a configuration of a multiplication type digital-
図13において、乗算型デジタルアナログ変換回路1300は、正相入力信号VinPと逆相入力信号VinNとを受ける粗量子化器810(114)、および粗量子化器810からの出力であるデジタル信号Diを受け、このデジタル信号Diに従った制御信号PC1、NC1を生成する制御部811(115)を具備している。さらに、MDAC1300は、正相入力信号に対応した容量回路1301P(100P)、逆相入力信号に対応した容量回路1301N(100N)、および電圧供給部1302P(101P)、1302N(101N)を具備している。同図においても、MDAC1300に付随するバッファ回路17P(17P)および17N(17N)が、示されており、バッファ回路17Pの入力は、容量回路1301Pの出力ノードNoutP(NoutP)に接続され、バッファ回路17Nの入力は、容量回路1301Nの出力ノードNoutN(NoutN)に接続されている。
In FIG. 13, a multiplying digital-to-
容量回路1301Pは、出力ノードNoutPにそれぞれの第1電極P1が接続された容量素子802P(12P)、803P(13P)、804Pを具備しており、容量回路1301Nは、出力ノードNoutNにそれぞれの第1電極P1が接続された容量素子802N(12N)、803N(13N)、804Nを具備している。
The
また、容量回路1301Pは、正相入力信号VinPが供給される入力ノードNinP(NinP)と出力ノードNoutP(MDAC1300の出力ノードにも相当)との間に接続されたスイッチ801P(11P)と、入力ノードNinNと容量素子802P〜804Pのそれぞれの第2電極P2との間にそれぞれ設けられた複数のスイッチから構成されたスイッチ列805P(16P)とを有している。さらに、容量回路1301Pは、容量素子802Pの第2電極P2と電源電圧Vddとの間に接続されたスイッチ806P(18P)と、容量素子803Pの第2電極P2と接地電圧Vsとの間に接続されたスイッチ807P(19P)と、容量素子804Pの第2電極P2と電圧供給部1302Pの出力ノードとの間に接続されたスイッチ809Pとを有している。
The
容量回路1301Nは、逆相入力信号VinNが供給される入力ノードNinPと容量回路1301Nの出力ノードNoutNとの間に接続されたスイッチ801N(11N)と、入力ノードNinPと容量素子802N〜804Nのそれぞれの第2電極P2との間にそれぞれ設けられた複数のスイッチから構成されたスイッチ列805N(16N)とを有している。さらに、容量回路1301Nは、容量素子802Nの第2電極P2と電源電圧Vddとの間に接続されたスイッチ806N(18N)と、容量素子803Nの第2電極P2と接地電圧Vsとの間に接続されたスイッチ807N(19N)と、容量素子804Nの第2電極P2と電圧供給部1302Nの出力ノードとの間に接続されたスイッチ809Nとを有している。
The
この実施の形態においても、特に制限されないが、電圧供給部1302P、1302Nのそれぞれは、インバータ回路808P、808Nを有している。電圧供給部1302Pにおけるインバータ回路808Pは、電源ノードNvdに供給される電源電圧Vddと電源ノードNvsに供給される接地電圧Vsとを電源電圧として動作する。
Also in this embodiment, although not particularly limited, each of
このインバータ回路808Pは、制御部811からの制御信号PC1を受け、位相反転した信号を、スイッチ809Pを介して、容量素子804Pの第2電極P2へ供給する。すなわち、制御信号PC1を位相反転した信号に対応する電源電圧Vddあるいは接地電圧Vsをスイッチ809Pを介して容量素子804Pの第2電極P2へ給電する。同様に、電圧供給部1302Nにおけるインバータ回路808Nも、電圧ノードNvd、Nvsに供給される電源電圧Vddおよび接地電圧Vsを動作電圧として動作し、制御信号NC1を位相反転した信号に対応する電源電圧Vddあるいは接地電圧Vsを、スイッチ809Nを介して容量素子804Nの第2電極P2へ給電する。
The
実施の形態1と同様に、MDAC1300は、サンプリング期間と残差増幅期間とに分かれて動作する。すなわち、サンプリング期間で動作し、続いて残差増幅期間で動作する。
Similar to the first embodiment, the
先ず、サンプリング期間において、正相入力信号VinPと逆相入力信号VinNが、粗量子化器810により粗く量子化される。この量子化においては、正相入力信号VinPと逆相入力信号VinNとの間の差電圧(VinP−VinN)が、求められる。一方、粗量子化器810においては、基準電圧Vrefに基づいて予め所定の電圧範囲が定められている。求められた差電圧(VinP−VinN)が、予め定められた電圧範囲のどこに存在するかによって、デジタル信号Diの値が決定される。この実施の形態においては、デジタル信号Diは、2値のデジタル信号であり、差電圧が正であるか負であるかによって、2値信号の“1”あるいは“−1”となる。
First, in the sampling period, the normal phase input signal VinP and the negative phase input signal VinN are roughly quantized by the
制御部811は、デジタル信号Diの値に従って、制御信号PC1およびNC1の電圧を定める。この場合、制御信号PC1とNC1は、相補的な電圧となる。すなわち、制御信号PC1が電源電圧Vddに相当するハイレベル(2値“1”)のとき、制御信号NC1は接地電圧Vs(“0”)となる。
また、サンプリング期間においては、スイッチ801P、801N、スイッチ列805および805Nがオン状態とされ、スイッチ806P、807P、809P、806N、807N、809Nがオフ状態とされる。これにより、容量回路1301Pにおける容量素子802P〜894Pの第1電極P1には、正相入力信号VinPが供給され、第2電極P2には、逆相入力信号VinNが供給される。この結果、容量回路1301Pにおける容量素子のそれぞれの電極間に正相入力信号VinPと逆相入力信号VinNとの間の電圧差が印加され、充電される。すなわち、完全差動のサンプリングが行われる。同様に、容量回路1301Nにおける容量素子802N〜894Nの第1電極P1には、逆相入力信号VinNが供給され、第2電極P2には、正相入力信号VinPが供給される。この結果、容量回路1301Nにおける容量素子のそれぞれの電極間に逆相入力信号VinNと正相入力信号VinPとの間の電圧差が印加され、充電される。すなわち、完全差動のサンプリングが行われる。
In the sampling period, the
サンプリング期間に続く残差増幅期間においては、スイッチ806P、807P、809P、806N、807Nおよび809Nがオン状態にされ、スイッチ801P、801Nおよびスイッチ列805Pおよび805Nがオフ状態にされる。これにより、入力ノードNinP、NinNと出力ノードNoutP、NoutNとが電気的に分離され、容量素子802Pおよび802Nの第2電極P2は、スイッチ806Pおよび806Nを介して電源電圧Vddに接続され、容量素子803Pおよび803Nの第2電極P2は、スイッチ807Pおよび807Nを介して接地電圧Vsに接続される。
In the residual amplification period following the sampling period, the
また、残差増幅期間においては、スイッチ809P(809N)を介して、電圧供給部1302P(1302N)の出力、すなわちインバータ回路808P(808N)の出力が、容量素子804P(804N)の第2電極P2に印加される。すなわち、スイッチ809P(809N)を介して、電圧供給部1301P(1301N)の出力であるインバータ回路808P(808N)の出力が、容量素子804P(804N)の第2電極P2に印加される。実施の形態1と同様に、電圧供給部1301P、1301Nには、粗量子化器810の出力(デジタル信号Di)に従った電圧が印加される。具体的には、Di=1の時、PC1は電源電圧Vddに、NC1は接地電圧Vsに、また、Di=−1の時は、PC1は接地電圧Vsに、NC1は電源電圧Vddに設定される。これにより、出力ノードNoutP、NoutNにおける電圧は、粗量子化器810の出力が反映され、増幅された電圧値(残差増幅値)となる。
Further, during the residual amplification period, the output of the
この実施の形態においても、サンプリングは、完全差動のサンプリングで行われるため、充電される電荷量を維持しつつ、容量回路1301P、1301Nにおける容量素子の小型化が可能となり、占有面積の増加を防ぐことが可能となる。また、この実施の形態においても、容量素子804Pおよび804Nのそれぞれの第2電極P2に印加される電圧は、電源電圧Vddあるいは接地電圧Vsで良いため、電圧供給部1302P、1302Nは、高精度の基準電圧発生回路を必要とせず、占有面積の増加を防ぐことが可能となり、また低消費電力化を図ることが可能である。
Also in this embodiment, since sampling is performed by fully differential sampling, it is possible to reduce the size of the capacitor elements in the
この実施の形態において、MDAC1300の出力は、実施の形態1と同様に、バッファ回路17P、17Nを介して伝達される。ここで、MDAC1300の出力は、バッファ回路17Pの出力電圧VoutPとバッファ回路17Nの出力電圧VoutNとの差電圧Vout(=VoutP−VoutN)であり、式(2)にしたがう。
In this embodiment, the output of the
なお、基準電圧Vrefは、実施の形態1と同様に、容量回路に含まれる複数の容量素子802P〜804P(802N〜804N)の容量比を用いて、等価的に設定される。この場合も、今まで述べた実施の形態と同様に、粗量子化器810に供給される基準電圧Vrefは、等価的に定めた基準電圧Vrefに沿った電圧値とされるが、高精度である必要はない。また、実施の形態1と同様に、図13には、上記したスイッチ等を制御するコントローラが設けられているが、同図では省略されている。また、電圧供給部1302P、1302Nと制御部811とを纏めて、制御回路と見なすことが可能であることも、実施の形態1と同様である。
Note that the reference voltage Vref is set equivalently using the capacitance ratio of the plurality of
(実施の形態7)
図14は、実施の形態7に係わる乗算型デジタルアナログ変換回路1400の構成を示す回路図である。このMDAC1400は、実施の形態4において述べたMDAC500に類似している。以下の説明では、MDAC500において対応する部分の符号を()内に示して、ここでは、対応する部分の詳しい説明は原則省略する。
(Embodiment 7)
FIG. 14 is a circuit diagram showing a configuration of a multiplication type digital-
MDAC1400は、正相入力信号VinPと逆相入力信号VinNとを受ける粗量子化器910(510)と、粗量子化器910の出力に基づいて、制御信号PC1、PC2、NC1およびNC2を生成する制御部911(511)とを具備する。また、MDAC1400は、正相入力信号VinPに対応する容量回路4101P(501P)と、逆相入力信号VinNに対応する容量回路1401N(502N)とを具備している。
The
ここで、容量回路1401Pおよび容量回路1401Nのそれぞれは、図では明示していないが、実施の形態4と同様に、第1容量バンクBK1と第2容量バンクBK2とを有している。この実施の形態における第1容量バンクBK1および第2容量バンクBK2は、実施の形態4と異なり、それぞれの容量バンクに含まれる容量素子の数が少なくなっている。すなわち、容量回路1401Pに含まれる第1容量バンクBK1は、出力ノードNoutPに、その第1電極P1が接続された3個の容量素子907P、909Pおよび911Pを含んでおり、第2容量バンクBK2は、それぞれスイッチ902P〜904Pを介して入力ノードNinPに第1電極P1が接続された3個の容量素子908P、910Pおよび912Pを含んでいる。また、容量回路1401Nに含まれる第1容量バンクBK1は、出力ノードNoutNに、その第1電極P1が接続された3個の容量素子907N、909Nおよび911Nを含んでおり、第2容量バンクBK2は、それぞれスイッチ902N〜904Nを介して入力ノードNinNに第1電極P1が接続された3個の容量素子908N、910Nおよび912Nを含んでいる。さらに、容量回路1401Pは、容量素子906P(51P)を含み、容量回路1401Nは、容量素子906N(51N)を含んでいる。本実施例では、容量素子911P、911N、912P、912Nの容量値は、容量素子909P、909N、910P、910Nの容量値の2倍に選んでいる。
Here, each of the
実施の形態4と同様に、容量回路1401P内の第2容量バンクBK2に含まれる容量素子の第1電極P1は、第1容量バンクBK1に含まれる容量素子の第2電極P2に、対応するスイッチ913P〜915Pを介して接続されている。また、容量回路1401N内の第2容量バンクBK2に含まれる容量素子の第1電極P1も、第1容量バンクBK1に含まれる容量素子の第2電極P2に、対応するスイッチ913N〜915Nを介して接続されている。
Similarly to the fourth embodiment, the first electrode P1 of the capacitor included in the second capacitor bank BK2 in the
また、この実施の形態においては、電圧供給部1402P、1402Nのそれぞれは、2個のインバータ回路920P,921P、920N、921Nを具備している。それぞれのインバータ回路は、電源ノードNvd、Nvsに供給される電源電圧Vdd、Vsを動作電圧として動作する。
In this embodiment, each of the
先に図5を用いて説明した実施の形態4においては、粗量子化器510において、7値に量子化をしていたが、この実施の形態においては、粗量子化器910において、4値に量子化をしている。すなわち、粗量子化器910は、それに供給されている基準電圧Vrefを用いて、4個の電圧範囲を予め定める。粗量子化器910は、正相入力信号VinPと逆相入力信号VinNとの間の差電圧(VinP−VinN)が、この4個の電圧範囲のいずれに存在するかによって、それに対応したデジタル信号Diを出力する。差電圧がVdd/2以上であればDi=3、差電圧がVdd/2と0の間であればDi=1、差電圧が0と−Vdd/2の間であればDi=−1、差電圧が−Vdd/2以下であればDi=−3とする。制御部911は、粗量子化器910からの出力であるデジタル信号Diに基づいて、実施の形態4において述べたのと同様に、制御信号PC1、PC2、NC1およびNC2のそれぞれをハイレベル(Vdd)あるいはロウレベル(Vs)として、出力する。
In the fourth embodiment described above with reference to FIG. 5, the
この実施の形態7においても、MDAC1400は、サンプリング期間とそれに続く残差増幅期間とで分けて動作する。
Also in the seventh embodiment, the
先ず、サンプリング期間においては、スイッチ901P〜904P、901N〜904Nおよびスイッチ列905Pおよび905Nのそれぞれが、オン状態にされる。これにより、容量回路1401Pおよび容量回路1401Nのそれぞれにおける第1容量バンクBK1および第2容量バンクBK2に含まれる容量素子907P〜912Pおよび907N〜912Nのそれぞれの電極に、オン状態のスイッチを介して、正相入力信号VinPと逆相入力信号VinNが供給される。また、このとき、容量素子906Pおよび906Nのそれぞれの電極にも、オン状態のスイッチを介して、正相入力信号VinPと逆相入力信号VinNが供給される。これにより、サンプリング期間においては、各容量素子に完全差動のサンプリングによる充電が行われる。なお、サンプリング期間においては、スイッチ913P〜919Pおよび913N〜919Nはオフ状態とされている。
First, in the sampling period, the
サンプリング期間に続く残差増幅期間においては、スイッチ913P〜919Pおよび913N〜919Nがオン状態にされ、スイッチ901P〜904P、901N〜904Nおよびスイッチ列905Pおよび905Nが、オフ状態にされる。これにより、容量回路1401Pにおける容量素子906Pおよび917Pの第2電極P2には、電源電圧Vddが給電され、容量回路1401Nにおける容量素子906Nおよび917Nの第2電極P2にも、電源電圧Vddが給電される。一方、容量回路1401Pにおける第2容量バンクBK2に含まれる容量素子910Pおよび912Pのそれぞれの第2電極P2には、インバータ回路920Pおよび921Pからの電圧が印加されることになる。同様に、容量回路1401Nにおける第2容量バンクBK2に含まれる容量素子910Nおよび912Nのそれぞれの第2電極P2には、インバータ回路920Nおよび921Nからの電圧が印加されることになる。
In the residual amplification period following the sampling period, the
残差増幅期間においては、実施の形態4と同様に、スイッチ913P〜915P(913N〜915N)を介して、第2容量バンクBK2に含まれる容量素子908P、910Pおよび912P(908N、910Nおよび912N)の第1電極P1が、対応する第1容量バンクBK1に含まれる容量素子907P、909Pおよび911P(907N、909Nおよび911N)の第2電極P2に接続される。すなわち、第1容量バンクBK1の容量素子と第2容量バンクBK2の容量素子とが直列に接続される。これにより、実施の形態4と同様に、出力ノードNoutP、NoutNにおける電圧は、ほぼ2倍に昇圧される。また、このとき、粗量子化器910の出力に従って、第2容量バンクBK2に印加される電圧が設定されるため、粗量子化器910の出力が、出力ノードNoutP、NoutNにおける電圧に反映され、残差増幅が行われる。例えば、Di=3の時は、PC1とPC2をともに電源電圧Vddとし、NC1とNC2をともに接地電圧Vsとする。また、Di=1の時は、PC1を接地電圧Vs、PC2を電源電圧Vddとし、NC1を電源電圧Vdd、NC2を接地電圧Vsとする。また、Di=−1の時は、PC1を電源電圧Vdd、PC2を接地電圧Vsとし、NC1を接地電圧Vs、NC2を電源電圧Vddとする。また、Di=−3の時は、PC1とPC2をともに接地電圧Vsとし、NC1とNC2をともに電源電圧Vddとする。
In the residual amplification period, similarly to the fourth embodiment, the
この実施の形態7によれば、MDAC1400の出力電圧Voutは、バッファ回路17Pの出力電圧VoutPとバッファ回路17Nの出力電圧VoutNとの差電圧(VoutP−VoutN)であり、式(7)で表される。また、基準電圧Vrefは、容量回路に含まれる複数の容量素子の容量比によって定めることができる。
According to the seventh embodiment, the output voltage Vout of the
実施の形態7においても、実施の形態4と同様に、占有面積の増加を抑制することが可能であり、消費電量の低減を図ることが可能である。特にこの実施の形態においては、容量素子の数を低減することが可能であり、占有面積の低減に有効である。 In the seventh embodiment, as in the fourth embodiment, it is possible to suppress an increase in the occupied area and to reduce power consumption. In particular, in this embodiment, the number of capacitive elements can be reduced, which is effective in reducing the occupied area.
(実施の形態8)
図7は、実施の形態8に係わる医療診断システムを示すブロック図である。同図において、700は、超音波診断装置用プローブであり、703は、超音波診断装置である。超音波診断装置用プローブ(以下、診断用プローブと称する)700は、複数の探触子71、72と、それぞれの探触子71、72に高電圧パルスを供給し、探触子71、72からのアナログ信号(被測定信号)を処理する処理装置701とを具備している。処理装置701により処理された結果は、デジタル信号としてデジタルケーブル714を介して超音波診断装置703に供給される。超音波診断装置703においては、ケーブル714を介して受信したデジタル信号に対して処理部704において必要な処理を行う。
(Embodiment 8)
FIG. 7 is a block diagram showing a medical diagnosis system according to the eighth embodiment. In the figure,
1個の探触子と、それに対して高電圧パルスを供給する送信系と、探触子からのアナログ信号を処理する受信系とを合わせて1チャネルとした場合、この実施の形態における診断用プローブ700には、1000を超えるチャネルが設けられている。同図では、これらのチャネルのうち、2個の探触子に対応するチャネルが、例として示されている。各チャネルは互いに同様な構成にされているため、ここでは探触子71を含む1チャネルを例にして説明する。
When one probe, a transmission system that supplies a high voltage pulse to the probe, and a reception system that processes an analog signal from the probe are combined into one channel, the diagnosis in this embodiment The
処理装置701は、探触子71に、スイッチ75を介して接続された送信部73と、探触子71に、スイッチ77を介して接続された受信部とを具備している。ここで、受信部は、アンプや場合によってはフィルタを有するアナログフロントエンド回路79と、アナログフロントエンド回路79に接続され、アナログ信号が供給されるアナログデジタル変換器711とを有している。実施の形態で述べたサイクリック型アナログデジタル変換器が、アナログデジタル変換器711として、用いられている。すなわち、アナログフロントエンド回路79からの信号が、先に述べた入力信号Vinとなる。
The
診断においては、スイッチ75がオン状態にされ、送信部73において生成された高電圧パルスが、スイッチ75を介して探触子71に送られる。探触子71は、受信した高電圧パルスを、振動に変換して、診断されるべき人体の体内に超音波として送り込む。送り込まれた超音波は、体内の臓器などで反射し、再び探触子71で受信される。受信した超音波の振動は電気信号に変換され、変換された電気信号はアナログフロントエンド回路79で増幅などの処理が行われ、入力信号Vinが生成される。このアナログ信号である入力信号Vinは、アナログデジタル変換器711でデジタル信号に変換される。
In the diagnosis, the
上記した処理が、各チャネル(例えば、探触子74、スイッチ76および78、アナログフロントエンド回路710およびアナログデジタル変換器712を含むチャネル等)で行われる。各チャネルにおいて、変換されたデジタル信号Diは、デジタル整相部(デジタル回路)713へ供給される。デジタル整相部713では、各チャネルのアナログデジタル変換出力に対して遅延加算処理を行うことで、体内情報を得るとともにデータ量を縮減する。デジタル整相部713の出力が、デジタルケーブル714を介して、超音波診断装置703に送られ、利用に供される。
The processing described above is performed in each channel (for example, a channel including the
この実施の形態においては、診断用プローブ700のうち、探触子71、72を除く処理装置701が、1個の半導体装置によって構成されている。すなわち、複数のチャネルに対応する複数の送信部73、74、複数のアナログフロントエンド回路79、710、複数のアナログデジタル変換器711、712、スイッチ73〜78およびデジタル整相部713が、1個の半導体装置に形成されている。各アナログデジタル変換器のそれぞれは、今までに述べたサイクリック型アナログデジタル変換器が用いられており、前記した電源ノードNvdおよびNvsは、各アナログデジタル変換器において、共通に接続されている。このように、電源ノードを共通にすることにより、残差増幅期間において、乗算型デジタルアナログ変換回路内の容量回路へ供給される電圧値を、互いに異なってしまうことを防ぐことができ、アナログデジタル変換の際の変換利得などのバラツキを抑制することが可能となる。また、1個の半導体装置に形成することにより、増幅率Gのバラツキも低減することができ、この点でも変換の際のバラツキを抑制することが可能となる。
In this embodiment, in the
先に述べた実施の形態によれば、占有面積の増加を抑制することが可能であり、また低消費電力化も可能であるため、サイズ面および消費電力による発熱面でも、1000チャネル以上を、1個の半導体装置に集積することが可能となる。アナログデジタル変換器を全チャネル分内蔵することで、診断用プローブ出力のデジタル化とさらにデータ縮減が可能になり、結果として、超音波診断装置703への伝送に必要なケーブルの重量を飛躍的に低減できる。さらに、従来のアナログケーブルを用いた伝送による信号品質の劣化を防止できるため、高画質化にも寄与する。
According to the embodiment described above, it is possible to suppress an increase in the occupied area, and it is possible to reduce the power consumption. It can be integrated in one semiconductor device. By incorporating analog-to-digital converters for all channels, it is possible to digitize the probe output for diagnosis and further reduce the data. As a result, the weight of the cable required for transmission to the ultrasonic
また、デジタルケーブル714は、有線ではなく、無線伝送によって、診断用プローブ700から超音波診断装置703へ伝送するようにしても良い。この場合には、診断用プローブ700の取り回しが容易になる。なお、図7において、702は、スイッチ73〜77等を制御するコントローラである。
Further, the
MDACが、アナログ入力信号を2値のデジタル信号へ変換する実施の形態(実施の形態7)を考慮すると、本願には次に付記する発明も記載されていると理解することができる。 Considering an embodiment (Embodiment 7) in which the MDAC converts an analog input signal into a binary digital signal, it can be understood that the invention to be added next is also described in the present application.
<付記>
入力信号が供給される入力ノードと、出力信号を供給する出力ノードと、基準電圧に基づいて、入力信号を量子化する量子化器とを有する乗算型デジタルアナログ変換回路を、1以上具備し、前記乗算型デジタルアナログ変換回路の出力信号が、前記乗算型デジタルアナログ変換回路の入力ノードあるいは他の乗算型デジタルアナログ変換回路を介して前記乗算型デジタルアナログ変換回路の入力ノードへ供給される、アナログデジタル変換器であって、
前記乗算型デジタルアナログ変換回路は、前記入力ノードに供給される入力信号をサンプリングし、増幅して、前記出力ノードへ供給する容量回路と、前記量子化器の出力に従って前記容量回路に供給される電圧を定める制御回路とを具備し、
前記容量回路は、複数の容量素子を含み、前記複数の容量素子のうちの第1容量素子は、前記出力ノードに結合され、前記入力信号をサンプリングするとき、前記入力信号に対応する正相信号が印加される第1電極と、前記正相信号に対して逆相の逆相信号が印加される第2電極とを有し、
前記基準電圧は、前記容量回路に含まれる容量素子の容量比によって、等価的に設定され、サンプリングされた入力信号を増幅するとき、前記制御回路により、前記第1容量素子の第2電極に供給される電圧を定めることにより、前記容量回路は、前記量子化器の出力を反映した増幅信号を前記出力ノードへ供給する、アナログデジタル変換器。
<Appendix>
One or more multiplying digital-to-analog converter circuits having an input node supplied with an input signal, an output node supplying an output signal, and a quantizer that quantizes the input signal based on a reference voltage; An analog signal in which an output signal of the multiplying digital-to-analog conversion circuit is supplied to an input node of the multiplying-type digital-to-analog conversion circuit or an input node of the multiplying-type digital-to-analog conversion circuit via another multiplying-type digital-to-analog conversion circuit A digital converter,
The multiplying digital-to-analog converter circuit samples and amplifies an input signal supplied to the input node, supplies the output signal to the output node, and supplies the capacitor circuit according to the output of the quantizer. A control circuit for determining the voltage,
The capacitance circuit includes a plurality of capacitance elements, and a first capacitance element of the plurality of capacitance elements is coupled to the output node, and when the input signal is sampled, a positive phase signal corresponding to the input signal A first electrode to which is applied, and a second electrode to which a negative-phase signal opposite in phase to the positive-phase signal is applied,
The reference voltage is equivalently set by the capacitance ratio of the capacitive elements included in the capacitive circuit, and is supplied to the second electrode of the first capacitive element by the control circuit when a sampled input signal is amplified. The capacitance circuit supplies an amplified signal reflecting the output of the quantizer to the output node by determining a voltage to be output.
以上本発明者によってなされた発明を、前記実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。 Although the invention made by the inventor has been specifically described based on the above embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
11P、18P,19P、31P〜38P、41P〜47P、81P〜88P、111P、113P、801P〜804P、806P、807P、809P、901P〜904P、913P〜919P スイッチ
11N、18N,19N、31N〜38N、41P〜47P、81P〜88P、111N、113N、801N〜804N、806N、807N、809N、901N〜904N、913N〜919N スイッチ
16P、16N スイッチ群
12P〜15P、51P〜53P、61P〜66P、71P〜76P、802P〜804P、906P〜912P 容量素子
12N〜15N、51N〜53N、61N〜66N、71N〜76N、802N〜804N、906N〜912N 容量素子
16P、39P、805P、905P、16N、39N、805N、905N スイッチ列
17P、17N、200P、200N バッファ回路
100P、501P、1301P、1402P、100N、501N、1301N、1402N 容量回路
101P、101N、502P、502N、1302P、1302N、1402P、1402N 電圧供給部
114、510、810、910 粗量子化器
115、511、811、911 制御部
300、400a、400b、500、601a、601b、1300、1400 乗算型デジタルアナログ変換回路
402、711、712 サイクリック型アナログデジタル変換器
11P, 18P, 19P, 31P-38P, 41P-47P, 81P-88P, 111P, 113P, 801P-804P, 806P, 807P, 809P, 901P-904P, 913P-
Claims (4)
前記乗算型デジタルアナログ変換回路は、前記入力ノードに供給される前記入力信号をサンプリングし、増幅して、前記出力ノードへ供給する容量回路と、前記量子化器の出力に従って前記容量回路に供給される電圧を定める制御回路とを具備し、
前記容量回路は、
前記出力ノードに結合され、前記入力信号をサンプリングするとき、前記入力信号に対応する正相信号が印加される第1電極と、前記正相信号に対して逆相の逆相信号が印加される第2電極とを有する第1容量素子を含み、
基準電圧が、容量回路に含まれる容量素子の容量比によって、等価的に設定され、サンプリングされた前記入力信号を増幅するとき、前記制御回路が前記量子化器の出力にもとづいて、前記第1容量素子の前記第2電極に供給される電圧を定めることにより、前記容量回路は、前記量子化器の出力と前記基準電圧とを反映した増幅信号を前記出力ノードへ供給する、アナログデジタル変換器。 And including at least one multiplication type digital-to-analog conversion circuit having an input node to which an input signal is supplied, an output node for supplying an output signal, and a quantizer for quantizing the input signal into a binary value, The output signal of the type digital / analog conversion circuit is supplied to the input node of the multiplication type digital / analog conversion circuit via the input node of the multiplication type digital / analog conversion circuit or another multiplication type digital / analog conversion circuit, An analog to digital converter,
The multiplying digital-to-analog converter circuit samples and amplifies the input signal supplied to the input node, supplies the input signal to the output node, and supplies the capacitor circuit according to the output of the quantizer. A control circuit for determining a voltage to be
The capacitance circuit is
When sampling the input signal coupled to the output node, a first electrode to which a positive phase signal corresponding to the input signal is applied, and a negative phase signal opposite to the positive phase signal are applied. A first capacitive element having a second electrode;
When the reference voltage is equivalently set by the capacitance ratio of the capacitive elements included in the capacitive circuit and amplifies the sampled input signal, the control circuit determines the first voltage based on the output of the quantizer. By determining a voltage supplied to the second electrode of the capacitive element, the capacitive circuit supplies an amplified signal reflecting the output of the quantizer and the reference voltage to the output node. .
前記複数のアナログデジタル変換器のそれぞれは、
前記入力信号が供給される入力ノードと、出力信号を供給する出力ノードとを有する乗算型デジタルアナログ変換回路を、1以上具備し、前記乗算型デジタルアナログ変換回路の前記出力信号が、前記乗算型デジタルアナログ変換回路の前記入力ノードあるいは他の乗算型デジタルアナログ変換回路を介して前記乗算型デジタルアナログ変換回路の前記入力ノードへ供給される、アナログデジタル変換器であって、
前記乗算型デジタルアナログ変換回路は、
対応する前記入力信号を2値に量子化する量子化器と、
対応する前記入力信号をサンプリングし、増幅するパッシブ回路と、
前記パッシブ回路の出力を受けるバッファ回路と、
前記量子化器の出力に従って、前記パッシブ回路に供給する電圧を形成する制御回路と、
を具備し、
前記パッシブ回路は、
対応する前記入力信号をサンプリングするとき、前記入力信号に対応する正相信号が供
給される第1電極と、前記正相信号に対して逆相の逆相信号が供給される第2電極とを有
する第1容量素子を含み、
前記第1容量素子の前記第1電極は、前記バッファ回路に結合され、サンプリングした前記入力信号を増幅するとき、前記第1容量素子の前記第2電極には、前記量子化器の出力に従った電圧が、前記制御回路から供給され、
基準電圧が、前記パッシブ回路に含まれる容量素子の容量比によって、等価的に設定され、前記パッシブ回路は、前記量子化器の出力と前記基準電圧とを反映した増幅信号を、前記バッファ回路に供給する、診断用プローブ。 A plurality of analog-to-digital converters each receiving a signal under measurement as an input signal; and a digital circuit that receives the digital signals converted by the plurality of analog-digital converters and outputs a measurement signal based on the digital signals A diagnostic probe,
Each of the plurality of analog-digital converters is
One or more multiplication type digital-to-analog conversion circuits each having an input node to which the input signal is supplied and an output node to supply an output signal are provided, and the output signal of the multiplication type digital-to-analog conversion circuit is the multiplication type An analog-to-digital converter supplied to the input node of the multiplying digital-to-analog conversion circuit via the input node of the digital-to-analog conversion circuit or another multiplying-type digital-to-analog conversion circuit;
The multiplying digital-to-analog converter circuit is
A quantizer that quantizes the corresponding input signal into binary values;
A passive circuit that samples and amplifies the corresponding input signal;
A buffer circuit for receiving the output of the passive circuit;
A control circuit for forming a voltage to be supplied to the passive circuit according to the output of the quantizer;
Comprising
The passive circuit is
When sampling the corresponding input signal, a first electrode to which a normal phase signal corresponding to the input signal is supplied, and a second electrode to which a negative phase signal opposite to the normal phase signal is supplied A first capacitive element having
The first electrode of the first capacitive element is coupled to the buffer circuit, and when the sampled input signal is amplified, the second electrode of the first capacitive element follows the output of the quantizer. Voltage is supplied from the control circuit,
A reference voltage is set equivalently by the capacitance ratio of the capacitive elements included in the passive circuit, and the passive circuit sends an amplified signal reflecting the output of the quantizer and the reference voltage to the buffer circuit. Diagnostic probe supplied.
前記乗算型デジタルアナログ変換回路は、前記入力ノードに供給される前記入力信号をサンプリングし、増幅して、前記出力ノードへ供給する容量回路と、前記量子化器の出力に従って前記容量回路に供給される電圧を定める制御回路とを具備し、
前記容量回路は、
前記出力ノードに結合され、前記入力信号をサンプリングするとき、前記入力信号に対応する正相信号が印加される第1電極と、前記正相信号に対して逆相の逆相信号が印加される第2電極とを有する第1容量素子を含み、
基準電圧が、容量回路に含まれる容量素子の容量比によって、等価的に設定され、サンプリングされた前記入力信号を増幅するとき、前記制御回路が前記量子化器の出力にもとづいて、前記第1容量素子の前記第2電極に供給される電圧を定めることにより、前記容量回路は、前記量子化器の出力と前記基準電圧とを反映した増幅信号を前記出力ノードへ供給する、アナログデジタル変換器。 An analog digital comprising two or more multiplying digital-to-analog conversion circuits each having an input node to which an input signal is supplied, an output node for supplying an output signal, and a quantizer for quantizing the input signal into binary values A converter,
The multiplying digital-to-analog converter circuit samples and amplifies the input signal supplied to the input node, supplies the input signal to the output node, and supplies the capacitor circuit according to the output of the quantizer. A control circuit for determining a voltage to be
The capacitance circuit is
When sampling the input signal coupled to the output node, a first electrode to which a positive phase signal corresponding to the input signal is applied, and a negative phase signal opposite to the positive phase signal are applied. A first capacitive element having a second electrode;
When the reference voltage is equivalently set by the capacitance ratio of the capacitive elements included in the capacitive circuit and amplifies the sampled input signal, the control circuit determines the first voltage based on the output of the quantizer. By determining a voltage supplied to the second electrode of the capacitive element, the capacitive circuit supplies an amplified signal reflecting the output of the quantizer and the reference voltage to the output node. .
前記乗算型デジタルアナログ変換回路は、前記入力ノードに供給される前記入力信号をサンプリングし、増幅して、前記出力ノードへ供給する容量回路と、前記量子化器の出力に従って前記容量回路に供給される電圧を定める制御回路とを具備し、
前記容量回路は、
前記出力ノードに結合され、前記入力信号をサンプリングするとき、前記入力信号に対応する正相信号が印加される第1電極と、前記正相信号に対して逆相の逆相信号が印加される第2電極とを有する第1容量素子と、
前記出力ノードに結合され、前記入力信号をサンプリングするとき、前記正相信号が印加される第1電極と、前記逆相信号が印加される第2電極を有する第2容量素子と、
を含み、
前記基準電圧は、前記容量回路に含まれる容量素子の容量比によって、等価的に設定され、サンプリングされた前記入力信号を増幅するとき、前記制御回路が前記量子化器の出力にもとづいて、前記第1容量素子および前記第2容量素子のそれぞれの前記第2電極に供給される電圧を定めることにより、前記容量回路は、前記量子化器の出力と前記基準電圧とを反映した増幅信号を前記出力ノードへ供給する、アナログデジタル変換器。 Two or more multiplying digital-to-analog conversion circuits each having an input node to which an input signal is supplied, an output node for supplying an output signal, and a quantizer for quantizing the input signal based on a reference voltage are provided. An analog to digital converter,
The multiplying digital-to-analog converter circuit samples and amplifies the input signal supplied to the input node, supplies the input signal to the output node, and supplies the capacitor circuit according to the output of the quantizer. A control circuit for determining a voltage to be
The capacitance circuit is
When sampling the input signal coupled to the output node, a first electrode to which a positive phase signal corresponding to the input signal is applied, and a negative phase signal opposite to the positive phase signal are applied. A first capacitive element having a second electrode;
A second capacitive element coupled to the output node and having a first electrode to which the positive phase signal is applied and a second electrode to which the negative phase signal is applied when sampling the input signal;
Including
The reference voltage is set equivalently by the capacitance ratio of the capacitive element included in the capacitive circuit, and when the sampled input signal is amplified, the control circuit is based on the output of the quantizer, By determining the voltage supplied to the second electrode of each of the first capacitive element and the second capacitive element, the capacitive circuit outputs an amplified signal reflecting the output of the quantizer and the reference voltage. An analog-to-digital converter that supplies the output node.
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Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007208815A (en) * | 2006-02-03 | 2007-08-16 | National Univ Corp Shizuoka Univ | High-precision cyclic a/d converter and image sensor using the same |
JP2007235379A (en) * | 2006-02-28 | 2007-09-13 | Sony Corp | Digital/analog conversion circuit |
WO2007142327A1 (en) * | 2006-06-08 | 2007-12-13 | National University Corporation Shizuoka University | Converter circuit, analog/digital converter, and method for generating digital signals corresponding to analog signals |
WO2012149177A1 (en) * | 2011-04-28 | 2012-11-01 | Analog Devices, Inc. | Pre-charged capacitive digital-to-analog converter |
JP2013207560A (en) * | 2012-03-28 | 2013-10-07 | Asahi Kasei Electronics Co Ltd | Sample-and-hold circuit |
-
2018
- 2018-04-12 JP JP2018076532A patent/JP2018110455A/en active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007208815A (en) * | 2006-02-03 | 2007-08-16 | National Univ Corp Shizuoka Univ | High-precision cyclic a/d converter and image sensor using the same |
JP2007235379A (en) * | 2006-02-28 | 2007-09-13 | Sony Corp | Digital/analog conversion circuit |
WO2007142327A1 (en) * | 2006-06-08 | 2007-12-13 | National University Corporation Shizuoka University | Converter circuit, analog/digital converter, and method for generating digital signals corresponding to analog signals |
WO2012149177A1 (en) * | 2011-04-28 | 2012-11-01 | Analog Devices, Inc. | Pre-charged capacitive digital-to-analog converter |
JP2013207560A (en) * | 2012-03-28 | 2013-10-07 | Asahi Kasei Electronics Co Ltd | Sample-and-hold circuit |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
IMRAN AHMED: ""A Low-Power Capacitive Charge Pump Based Pipelined ADC", IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, vol. Vol.45, Issue5, JPN6019001139, 22 April 2010 (2010-04-22), US, pages 1016 - 1027 * |
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