JP2786925B2 - A / D converter - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 (イ)産業上の利用分野 本発明は、2進の重み付けされた容量アレイを備えた
電荷再分配型A/D変換器に関する。The present invention relates to a charge redistribution A / D converter having a binary weighted capacitance array.
(ロ)従来の技術 第4図は、従来の電荷再分配型A/D変換器の回路図で
あり、4ビット構成の場合を示している。(B) Conventional technology FIG. 4 is a circuit diagram of a conventional charge redistribution A / D converter, which shows a 4-bit configuration.
2進の重み付けされた容量アレイ(1)は、4ビット
構成の場合、容量が夫々8C,4C,2C,C及びCの5つのコン
デンサ(1a)〜(1e)で構成されており、各コンデンサ
(1a)〜(1e)の第1電極が共通に接続され、スイッチ
(2)を介して接地されると共に、第2電極が夫々切換
スイッチ(3a)〜(3e)に接続される。各切換スイッチ
(3a)〜(3e)は一方が接地されると共に他方が切換ス
イッチ(4)に接続される。この切換スイッチ(4)
は、一方に基準電位VRが入力され、他方にアナログ信号
VINが入力される。これら各スイッチ(3a)〜(3e),
(4)及び(2)は、後述する制御ロジック(5)から
の切換制御信号SCに従って切換制御される。In the case of a 4-bit configuration, the binary weighted capacitance array (1) is composed of five capacitors (1a) to (1e) having capacitances of 8C, 4C, 2C, C and C, respectively. The first electrodes (1a) to (1e) are commonly connected, grounded via a switch (2), and the second electrodes are connected to the changeover switches (3a) to (3e), respectively. One of the changeover switches (3a) to (3e) is grounded, and the other is connected to the changeover switch (4). This changeover switch (4)
A reference potential V R is inputted into one analog signal to the other
V IN is input. These switches (3a) to (3e),
Switching of (4) and (2) is controlled in accordance with a switching control signal SC from a control logic (5) described later.
容量アレイ(1)の第1電極側は、スイッチ(2)に
接続されると共に差動アンプ(6)の反転入力側に接続
される。差動アンプ(6)の非反転入力側は接地されて
おり、従って容量アレイ(1)の第1電極側の電位VXが
負であれば差動アンプ(6)の出力が「1」、正であれ
ば「0」となる。そして、差動アンプ(6)の出力が制
御ロジック(5)に入力され、デジタルデータDOUTが作
成される。さらに制御ロジック(5)では差動アンプ
(6)の出力状態に基づいて切換制御信号SC0〜SC6が作
成され、各スイッチ(3a)〜(3e),(4)及び(2)
に供給される。The first electrode side of the capacitance array (1) is connected to the switch (2) and to the inverting input side of the differential amplifier (6). The non-inverting input of the differential amplifier (6) is grounded, so that the output of the differential amplifier (6) If the negative potential V X of the first electrode side of the capacitor array (1) is "1", If it is positive, it is "0". Then, the output of the differential amplifier (6) is input to the control logic (5), and digital data D OUT is created. It is further switching control signal SC 0 to SC 6 based on the output state create a control logic (5) in the differential amplifier (6), each switch (3a) ~ (3e), (4) and (2)
Supplied to
次に回路の動作について説明する。 Next, the operation of the circuit will be described.
第5図は第4図のスイッチ動作のタイミング図であ
る。ここで、各スイッチ(3a)〜(3e)及び(4)の切
換は、各切換制御信号SC1〜SC6が「1」のとき第4図に
示すH側、「0」のときL側になり、スイッチ(2)は
切換制御信号SC0が「1」のときにオンするものとす
る。FIG. 5 is a timing chart of the switch operation of FIG. Here, switching of the switches (3a) ~ (3e) and (4), H side shown in FIG. 4 when the switch control signal SC 1 to SC 6 is "1", L side when "0" now, switch (2) switching control signal SC 0 is assumed to be turned on when the "1".
先ずサンプリング期間に切換制御信号SC0〜SC6が
「1」となって各スイッチ(3a)〜(3e)(4)がH側
に切換えられ、スイッチ(2)がオンされると、各コン
デンサ(1a)〜(1e)の第2電極側にアナログ信号VIN
が印加され、各コンデンサ(1a)〜(1e)に夫々8CVIN,
4CVIN,2CIIN,CIIN,CIINの電荷量が蓄積される。そし
て、ホールド期間に切換制御信号SC0〜SC5が「0」とな
って各スイッチ(3a)〜(3e)がL側に切換えられ、ス
イッチ(2)がオフすると、各コンデンサ(1a)〜(1
e)の第2電極側が接地電位にまで引き下げられ、フロ
ーティング状態にある第1電極側の電位が−VINとな
る。このとき、コンデンサ(1a)〜(1e)に蓄積されて
いる総電荷量は16CVINとなり、この電荷量がホールドさ
れる。First the switch control signal SC 0 to SC 6 the sampling period becomes "1" switch (3a) ~ (3e) (4) is switched to the H side, the switch (2) is turned on, the capacitors The analog signal V IN is applied to the second electrode side of (1a) to (1e).
Is applied to each of the capacitors (1a) to (1e), and 8CV IN ,
The charge amounts of 4CV IN , 2CI IN , CI IN , and CI IN are accumulated. Each switch in the hold period switching control signal SC 0 to SC 5 is "0" (3a) ~ (3e) is switched to the L side, the switch (2) is turned off, the capacitors (1a) ~ (1
e) The second electrode side is lowered to the ground potential, and the potential of the first electrode in the floating state becomes -V IN . At this time, the capacitor (1a) ~ total charge amount accumulated in (1e) is 16CV IN, and this amount of charge is held.
次に、MSB判定期間でスイッチ(3a)が再びH側に切
換えられると、コンデンサ(1a)の第2電極にVRが印加
され、ホールド期間中にホールドされた電荷量が各コン
デンサ(1a)〜(1e)に分配される。この電荷の分配
は、コンデンサ(1a)〜(1e)の両電極間の電位が夫々
等しくなり、コンデンサ(1a)の第2電極の電位がコン
デンサ(1b)〜(1e)の第2電極の電位に対してVRだけ
高くなるように行われる。従って、コンデンサ(1a)の
容量とコンデンサ(1b)〜(1e)の総容量とが互いに等
しいことから、第1電極側の電位VXは−VIN+VR/2とな
り、このVXが差動アンプ(6)で接地電位と比較され
る。そこで、アナログ信号VINがVR/2に対して高けれ
ば、VXが負となって差動アンプ(6)の出力は「1」と
なり制御ロジック(5)がMSBを「1」と判定する。逆
にアナログ信号VINがVR/2に対して低ければ、VXが正と
なってMSBが「0」と判定される。制御ロジック(5)
はMSBの判定と共に、切換制御信号SC1を発生するもの
で、MSBが「1」のときには切換制御信号SC1を「1」の
まま維持し、「0」のときには次の期間(B2判定期間)
に「0」とする。Next, when the switch (3a) is switched again to the H side by MSB determination period, the capacitor V R to the second electrode of (1a) is applied, the amount of charge is held during the hold period the capacitors (1a) ~ (1e). The distribution of the electric charges is such that the potentials between the two electrodes of the capacitors (1a) to (1e) become equal to each other, and the potential of the second electrode of the capacitor (1a) becomes the potential of the second electrodes of the capacitors (1b) to (1e). performed as higher by V R with respect. Therefore, since the total capacitance of the capacitance of the capacitor (1a) and a capacitor (1b) ~ (1e) are equal to each other, the potential V X of the first electrode side is -V IN + V R / 2, and this V X differences It is compared with the ground potential in the dynamic amplifier (6). Therefore, if the analog signal V IN is higher than V R / 2, V X becomes negative, the output of the differential amplifier (6) becomes “1”, and the control logic (5) determines that the MSB is “1”. I do. Conversely, if the analog signal V IN is lower than V R / 2, V X becomes positive and the MSB is determined to be “0”. Control logic (5)
With determination of the MSB is for generating a switching control signal SC 1, MSB is the switching control signal SC 1 when "1" is maintained at "1", the next period (B2 judgment period when a "0" )
Is set to “0”.
MSBが「1」と判定された場合、続くB2判定期間では
スイッチ(3a)がH側のままでスイッチ(3b)がH側に
切換えられる。するとVXは−VIN+VR/2+VR/4となり、
このVXの正負に依りMSBの判定と同様に第2ビット(B
2)が判定される。即ち、VXが3VR/4より高ければVXが負
となりB2は「1」と判定され、VXが3VR/4より低ければV
Xが正となりB2は「0」となる。When the MSB is determined to be “1”, the switch (3b) is switched to the H side while the switch (3a) remains at the H side in the subsequent B2 determination period. Then, V X becomes -V IN + V R / 2 + V R / 4,
Determination as well as the second bit of the MSB depends on the sign of the V X (B
2) is determined. That is, if V X is higher than 3V R / 4 V X is the result B2 is negative is determined to be "1", if V X is lower than 3V R / 4 V
X becomes positive and B2 becomes “0”.
一方、MSBが「0」と判定された場合、続くB2判定期
間ではスイッチ(3a)はL側に切換えられ、スイッチ
(3b)がH側に切換えられる。従って、VXは−VIN+VR/
4となり、このVXの正負の依ってB2が判定される。On the other hand, when the MSB is determined to be "0", the switch (3a) is switched to the L side and the switch (3b) is switched to the H side in the subsequent B2 determination period. Therefore, V X is −V IN + V R /
4 next, B2 is determined depending of the sign of the V X.
以下、B3判定期間及びLSB判定期間で第3ビット(B
3)及びLSBがB2と同様にして判定される。従って、各ス
イッチ(3a)〜(3e)を順に切換えることで、VXが接地
電位に近づけられ、最終的なスイッチ(3a)〜(3e)の
状態がデジタルデータDOUTを表わすことになる。そこで
制御ロジック(5)は、各判定期間にシリアルに得られ
るMSB〜LSBをまとめ、4ビットのデジタルデータDOUTと
して出力する。Hereinafter, in the B3 determination period and the LSB determination period, the third bit (B
3) and LSB are determined in the same manner as B2. Therefore, by switching the switches (3a) ~ (3e) successively, V X is closer to the ground potential, the state of the final switch (3a) ~ (3e) is to represent the digital data D OUT. Where the control logic (5) are collectively a MSB~LSB obtained serially to each determination period, and outputs a 4-bit digital data D OUT.
このような電荷再分配型A/D変換器は、例えばIEEE J.
Solid State Circuits,Vol.SC−10,No.6,“All−MOS Ch
arge Redistribution Analog−to−Digital Conversion
Techniques−Part1"に詳述されている。Such a charge redistribution A / D converter is, for example, IEEE J.
Solid State Circuits, Vol.SC-10, No.6, “All-MOS Ch
arge Redistribution Analog-to-Digital Conversion
Techniques-Part 1 ".
(ハ)発明が解決しようとする課題 上述の如きA/D変換器では、差動アンプ(6)に於い
て−VR/2〜VR/2の範囲で電位の比較が行われることにな
るため、差動アンプ(6)を動作されるには+側と−側
との2つの電源を必要とする。このようなA/D変換器は
通常IC化されるものであり、複数の電源を必要とするこ
とはIC化の際の障害となる。(C) In the invention Problem to be Solved above-mentioned A / D converter, that a comparison of the potential in the range of -V R / 2~V R / 2 In the differential amplifier (6) is carried out Therefore, to operate the differential amplifier (6), two power supplies, that is, a positive side and a negative side are required. Such an A / D converter is usually formed into an IC, and the need for a plurality of power supplies is a hindrance in forming an IC.
差動アンプ(6)自体は、+側及び−側の2電源の
内、何れか一方を接地電位として動作させることも可能
であるが、その場合には、入力される電位の判定が+側
あるいは−側の何れか一方しかできなくなる。即ち、通
常の差動アンプ(6)は、電源に与えられる電位の範囲
内で入力電位の比較を行うように構成されており、電源
の範囲外の電位が入力された場合には、正常な出力を得
ることができなくなる。このような問題を解決する方法
として、単一電源とした差動アンプ(6)の判定の基準
値を接地電位から電源電位(VR)の間の中間電位(VR/
2)とすることが考えられる。しかしながら、VR/2を基
準にして差動アンプ(6)を動作させるには、容量アレ
イ(1)の第1電極側に現れる電位VXの変動範囲を接地
電位から電源電位までに変更する必要があり、さらに
は、判定基準値となるVR/2をばらつきのないように設定
しなければならない。The differential amplifier (6) itself can operate any one of the two power supplies on the + side and the − side as the ground potential. In this case, the determination of the input potential is made on the + side. Alternatively, only one of the-sides can be performed. That is, the normal differential amplifier (6) is configured to compare the input potential within the range of the potential applied to the power supply, and when a potential outside the range of the power supply is input, the normal differential amplifier (6) operates normally. No output can be obtained. As a method for solving such a problem, an intermediate potential (V between the ground potential reference value for determination of the differential amplifier with a single power supply (6) of the power supply potential (V R) R /
2) can be considered. However, V R / 2 to operate the differential amplifier (6) with respect to the changes to the range of variation of the electrical potential V X appearing on the first electrode side of the capacitor array (1) from the ground potential to the power supply potential It is necessary to further set V R / 2, which is a criterion value, so as not to vary.
そこで本発明は、差動アンプを単一電源で動作可能に
すると共に、その判定基準値を正確に設定することを目
的とする。Accordingly, it is an object of the present invention to enable a differential amplifier to operate with a single power supply and to accurately set a determination reference value.
(ニ)課題を解決するための手段 本発明は上述の課題を解決するためになされたもの
で、その特徴とするところは、2進の重み付けがされた
複数の容量が並列に配列された容量アレイと、この容量
アレイの一方の電極側に第1の基準電位を与えると共に
他方の電極に被変換値のアナログ信号を与える手段と、
上記容量アレイの他方の電極側に上記第1の基準電位を
与える手段と、上記容量アレイの他方の電極側に各容量
毎に上記第1の基準電位に対し高電位の第2の基準電位
或いは低電位の第3の基準電位を与える手段と、上記第
1の基準電位が上記第3の基準電位から上記第2の基準
電位の間の中間電位となるように電位を補正する補正回
路と、上記容量アレイの一方の電極側の電位を上記第1
の基準電位と比較する比較回路と、この比較回路の比較
結果に基づいてデジタルデータを上ビットから順に作成
すると共に上記各手段から上記容量アレイへの各電位の
供給を切換制御する制御回路と、を備え、上記容量アレ
イの両電極側に上記第1の基準電位及びアナログ信号を
夫々与えた後に上記容量アレイの一方の電極側を浮遊状
態とすると共に他方の電極側に上記第1の基準電位を与
えたとき、上記容量アレイの一方の電極側が上記第1の
基準電位に対して低電位となれば上記第2の基準電位、
高電位となれば上記第3の基準電位を上記容量アレイの
各容量に順次供給することにある。(D) Means for Solving the Problems The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and is characterized by a capacitor in which a plurality of binary-weighted capacitors are arranged in parallel. An array, means for applying a first reference potential to one electrode side of the capacitance array and for providing an analog signal of a converted value to the other electrode;
Means for applying the first reference potential to the other electrode side of the capacitance array; and a second reference potential or a higher potential than the first reference potential for each capacitor on the other electrode side of the capacitance array. Means for providing a low third reference potential; a correction circuit for correcting the potential so that the first reference potential is an intermediate potential between the third reference potential and the second reference potential; The potential on one electrode side of the capacitor array is set to the first
A control circuit that creates digital data in order from the upper bit based on the comparison result of the comparison circuit, and controls switching of the supply of each potential from the means to the capacitor array; After applying the first reference potential and the analog signal to both electrodes of the capacitor array, respectively, one of the electrodes of the capacitor array is brought into a floating state, and the other is connected to the first reference potential. When the one electrode side of the capacitance array is lower in potential than the first reference potential, the second reference potential,
When the potential becomes high, the third reference potential is sequentially supplied to each capacitor of the capacitor array.
(ホ)作 用 本発明に依れば、第2の基準電位と第3の基準電位と
の中間の電位である第1の基準電位を中心にして第3の
基準電位から第2の基準電位の間でアナログ信号値の比
較が行われ、第2の基準電位を電源電位、第3の基準電
位を接地電位とすることで、比較回路を単電源で動作さ
せることができ、アナログ信号値の比較範囲が接地電位
から電源電位までとなる。(E) Operation According to the present invention, the second reference potential is shifted from the third reference potential centering on the first reference potential which is an intermediate potential between the second reference potential and the third reference potential. The comparison of the analog signal values is performed, and the comparison circuit can be operated with a single power supply by setting the second reference potential to the power supply potential and the third reference potential to the ground potential. The comparison range is from the ground potential to the power supply potential.
(ヘ)実施例 本発明の一実施例を図面に従って説明する。(F) Embodiment One embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
第1図は本発明A/D変換器の回路図であり、4ビット
構成の場合を示している。FIG. 1 is a circuit diagram of the A / D converter of the present invention, showing a case of a 4-bit configuration.
容量アレイ(10)は、4C,2C,C及びCの容量の4つの
コンデンサ(10a)〜(10d)で構成されており、第1電
極が共通接続され、この第1電極にスイッチ(11)を介
して基準電圧VRの1/2の電圧(VR/2)が印加される。各
コンデンサ(10a)〜(10c)の第2電極は、夫々切換ス
イッチ(13a)〜(13c)に接続され、これら切換スイッ
チ(13a)〜(13c)の一方が切換スイッチ(14)に接続
され、他方が切換スイッチ(15)に接続される。また、
コンデンサ(10d)の第2電極は切換スイッチ(14)に
直接接続される。切換スイッチ(14)にはアナログ信号
VINとVR/2とが印加され、何れか一方が切換スイッチ(1
3a)〜(13c)を介してコンデンサに供給される。そし
て、切換スイッチ(15)の一方にはVRが印加され、他方
は接地されている。これら各スイッチ(13a)〜(13c)
(14)(15)及び(11)は、第3図と同一構成の制御ロ
ジック(16)からの切換制御信号SCに従って切換制御さ
れる。The capacitance array (10) is composed of four capacitors (10a) to (10d) having capacitances of 4C, 2C, C and C, a first electrode is commonly connected, and a switch (11) is connected to the first electrode. , A voltage (V R / 2) that is half of the reference voltage V R is applied. The second electrodes of the capacitors (10a) to (10c) are connected to switches (13a) to (13c), respectively, and one of the switches (13a) to (13c) is connected to the switch (14). The other is connected to the changeover switch (15). Also,
The second electrode of the capacitor (10d) is directly connected to the changeover switch (14). Analog signal for the changeover switch (14)
V IN and V R / 2 are applied, and either one is set to the changeover switch (1
3a) to (13c) are supplied to the capacitor. Then, V R is applied to one of the change-over switch (15), the other is grounded. These switches (13a) to (13c)
(14) (15) and (11) are switched in accordance with the switching control signal SC from the control logic (16) having the same configuration as that of FIG.
容量アレイ(10)の第1電極側は差動アンプ(17)の
反転入力側に接続され、その電位VXが非反転入力側に印
加されるVR/2と比較される。従って容量アレイ(10)の
第1電極側の電位VXがVR/2より低ければ差動アンプ(1
7)の出力が「1」、高ければ「0」となる。制御ロジ
ック(16)は、第4図の制御ロジック(5)と同一であ
り説明は省略する。First electrode side of the capacitor array (10) is connected to the inverting input of the differential amplifier (17), it is compared to V R / 2 to the voltage V X is applied to the non-inverting input. Therefore, lower the potential V X of the first electrode side of the capacitor array (10) than the V R / 2 differential amplifier (1
The output of 7) is “1”, and if it is high, it is “0”. The control logic (16) is the same as the control logic (5) in FIG. 4, and the description is omitted.
容量アレイ(10)及び差動アンプ(17)に供給される
VR/2は、基準電位VRを抵抗分割して作成されるもので、
抵抗値のばらつき等に依る電位誤差は電位補正回路(1
8)に於ける補正に依り最小限に抑えられている。即
ち、差動アンプ(17)の動作及び、それに伴う切換スイ
ッチ(15)の動作に於いて、VR/2は極めて重要なもので
あり、基準電位VRを抵抗分割して得る際の抵抗値のばら
つき等に依る誤差を無視できない。そこで、電位補正回
路(18)の出力を実際にモニタして正確な誤差を検出
し、その検出結果を示す補正データを予めEPROM(19)
に記憶しておくことにより、実際の変換動作の際に正し
い基準電位(VR/2)を取り出せるように構成される。Supplied to capacitance array (10) and differential amplifier (17)
V R / 2 is created by dividing the reference potential V R by resistance.
Potential errors due to variations in resistance are corrected by a potential correction circuit (1
It is minimized by the correction in 8). That is, in the operation of the differential amplifier (17) and the accompanying operation of the changeover switch (15), V R / 2 is extremely important, and the resistance when dividing the reference potential V R by resistance is used. Errors due to variations in values cannot be ignored. Therefore, the output of the potential correction circuit (18) is actually monitored, an accurate error is detected, and correction data indicating the detection result is stored in an EPROM (19) in advance.
By storing the configured retrieve the correct reference potential during the actual conversion operation (V R / 2).
第2図は電位補正回路(18)の一例を示す回路図であ
る。FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of the potential correction circuit (18).
基準電位VRは、複数の抵抗(R)が直列接続された分
圧回路(21)に依り分割され、このうち接地電位と基準
電位VRとの中間電位VR(VR/2)を挾む近接2電位が、複
数の抵抗(r)が直列接続された分圧回路(22)に依り
さらに細かく分割される。この分圧回路(22)の各段の
電圧は、デコーダ(23)に従って動作する選択回路(2
4)に依り1電位が選択され、出力アンプ(25)を介し
て出力される。デコーダ(23)は、EPROM(19)に記憶
された補正データに基づいて動作するように構成されて
おり、分圧回路(22)の各段の電位からVR/2に最も近い
電位を選択させる。即ち、補正データは、分圧回路(2
2)の各段の電位のうちVR/2に最も近い電位のアドレス
を指定するもので、選択回路(24)の出力を実際に測定
し、VR/2に最も近い電位のアドレスが補正データとして
EPROM(19)に記憶される。例えば、クロックCKをカウ
ントするカウンタ(27)の出力を補正データに換えてデ
コーダ(23)に与えると共に、選択回路(24)の出力を
モニタし、選択回路(24)の出力がVR/2に最も近くなる
ときのカウンタ(27)の出力を補正データとしてEPROM
(19)に記憶する。また、ここでは補正データの記憶に
EPROM(19)を用いているが、データの書き込みが可能
な読出専用メモリであれば採用できる。The reference potential V R is divided by a voltage dividing circuit (21) in which a plurality of resistors (R) are connected in series, and an intermediate potential V R (V R / 2) between the ground potential and the reference potential V R is divided. The sandwiched two potentials are further finely divided by a voltage dividing circuit (22) in which a plurality of resistors (r) are connected in series. The voltage of each stage of the voltage dividing circuit (22) is supplied to the selecting circuit (2) operating according to the decoder (23).
One potential is selected according to 4) and is output via the output amplifier (25). The decoder (23) is configured to operate based on the correction data stored in the EPROM (19), and selects the potential closest to V R / 2 from the potential of each stage of the voltage dividing circuit (22). Let it. That is, the correction data is stored in the voltage divider circuit (2
2) Designates the address of the potential closest to V R / 2 among the potentials at each stage. Measures the output of the selection circuit (24) and corrects the address of the potential closest to V R / 2 As data
It is stored in the EPROM (19). For example, the output of the counter (27) that counts the clock CK is converted into correction data and supplied to the decoder (23), the output of the selection circuit (24) is monitored, and the output of the selection circuit (24) is V R / 2 The output of the counter (27) when it is closest to
Store in (19). Also, here we store the correction data
Although the EPROM (19) is used, any read-only memory to which data can be written can be used.
以上の様な電位補正回路(18)に依れば、製造後に補
正データをEPROM(19)に記憶させることで、製造時の
抵抗値のばらつきに依る誤差が補正され、正確な電位を
得ることができる。According to the potential correction circuit (18) as described above, the correction data is stored in the EPROM (19) after manufacturing, whereby errors due to variations in resistance during manufacturing are corrected, and an accurate potential is obtained. Can be.
次に回路の動作について説明する。 Next, the operation of the circuit will be described.
第3図は第1図のスイッチ動作のタイミング図であ
る。各スイッチ(13a)〜(13c)(14)(15)及び(1
1)の動作は第3図の場合と同様に切換制御信号SC1〜SC
5が「1」のときH側、「0」のときL側に切換えら
れ、切換制御信号SC0が「1」のときにオンするものと
する。FIG. 3 is a timing chart of the switch operation of FIG. Switches (13a) to (13c) (14) (15) and (1
1) The operation of FIG. 3 the same manner as in the case the switch control signal SC 1 to SC
5 is H side when it is "1", is switched to the L side when it is "0", the switch control signal SC 0 shall be turned on when the "1".
サンプリング期間には、切換制御信号SC0〜SC4が
「1」となりスイッチ(11)がオンして各スイッチ(13
a)〜(13c)がH側に切換えられて各コンデンサ(10
a)〜(10d)にVR/2とVINとが印加され、各コンデンサ
(10a)〜(10d)に夫々4C(VIN−VR/2),2C(VIN−VR/
2),C(VIN−VR/2),C(VIN−VR/2)の電荷が蓄積され
る。The sampling period, the switch control signal SC 0 to SC 4 is "1" switch (11) is turned on the switches (13
a) to (13c) are switched to the H side and each capacitor (10
a) to (10d) are applied with V R / 2 and V IN, and each of the capacitors (10a) to (10d) is supplied with 4C (V IN −V R / 2) and 2C (V IN −V R /
2) The charge of C (V IN −V R / 2) and C (V IN −V R / 2) is accumulated.
続いてMSB判定期間では、スイッチ(11)がオフして
スイッチ(14)がL側に切換えられ、容量アレイ(10)
の第2電極にVR/2が印加される。この期間では、スイッ
チ(11)がオフして容量アレイ(10)の第1電極側がフ
ローティング状態にあることから、サンプリング期間に
容量アレイ(10)に蓄積された電荷量が保持されこの電
荷量が各コンデンサ(10a)〜(10d)に分配されるた
め、VXはVR/2+(VR2−VIN)となる。そこで、このVXが
VR/2と比較されてMSBが判定される。即ち、VINがVR/2よ
り高ければVXはVR/2より低くなり、差動アンプ(17)の
出力が「1」となって制御ロジック(15)がMSBを
「1」と判定し、逆にVINがVR/2より低ければVXはVR/2
より高くなり、差動アンプ(17)の出力が「0」となっ
てMSBを「0」と判定する。Subsequently, in the MSB determination period, the switch (11) is turned off, the switch (14) is switched to the L side, and the capacitance array (10)
V R / 2 is applied to the second electrode. In this period, since the switch (11) is turned off and the first electrode side of the capacitance array (10) is in a floating state, the amount of electric charge accumulated in the capacitance array (10) during the sampling period is held and this amount of electric charge is reduced. to be distributed to the capacitors (10a) ~ (10d), V X becomes V R / 2 + (V R 2-V iN). So this V X
The MSB is determined by comparing with V R / 2. That is, if V IN is higher than V R / 2, V X becomes lower than V R / 2, the output of the differential amplifier (17) becomes “1”, and the control logic (15) sets the MSB to “1”. If V IN is lower than V R / 2, V X is V R / 2
It becomes higher, the output of the differential amplifier (17) becomes “0”, and the MSB is determined to be “0”.
切換制御信号SC5は、MSBが「1」と判定されると
「1」となりMSBが「0」となると「0」となる。このM
SBが判定されるまでは切換制御信号SC5はどちらでも良
い。(第2図に破線で示す期間) 次に、B2判定期間ではスイッチ(13a)がL側に切換
えられ、MSBが「1」であればコンデンサ(10a)の第2
電極にVRが印加され、MSBが「0」であればコンデンサ
(10a)の第2電極が接地される。MSBが「1」のときVX
はVR/2+(VR/2+VR/4−VIN)となり、差動アンプ(1
7)の出力から、第2ビット(B2)が判定される。即
ち、VINが3VR/4より高ければVXはVR/2より低くなり差動
アンプ(17)の出力が「1」となってB2が「1」と判定
され、VINが3VR/4より低ければVXはVR/2より高くなって
差動アンプ(17)の出力が「0」となってB2が「0」と
判定される。一方、MSBが「0」のときVXはVR/2+(VR/
4−VIN)となり、VINがVR/4より高ければVXがVR/2より
低くなってB2が「1」、逆にVINがVR/4より低ければVX
がVR/2より高くなってB2が「0」と判定される。Switch control signal SC 5, when the MSB is determined as "1", "1" MSB is "0" becomes "0". This M
Switching control signal until the SB is determined SC 5 may be either. (The period shown by the broken line in FIG. 2) Next, in the B2 determination period, the switch (13a) is switched to the L side, and if the MSB is “1”, the second voltage of the capacitor (10a) is changed.
V R is applied to the electrodes, MSB is the second electrode of the capacitor (10a) if "0" is grounded. V X when MSB is “1”
V R / 2 + (V R / 2 + V R / 4-V IN) becomes a differential amplifier (1
From the output of 7), the second bit (B2) is determined. That is, if V IN is higher than 3V R / 4, V X becomes lower than V R / 2, the output of the differential amplifier (17) becomes “1”, B2 is determined to be “1”, and V IN becomes 3V if lower than R / 4 V X is B2 becomes the output of the differential amplifier (17) is a "0" is higher than V R / 2 is determined as "0". On the other hand, when the MSB is "0" V X is V R / 2 + (V R /
4−V IN ), and when V IN is higher than V R / 4, V X is lower than V R / 2 and B2 is “1”. Conversely, when V IN is lower than V R / 4, V X
There B2 is higher than V R / 2 is determined to be "0".
切換制御信号SC1は、B2の判定に従い、B2が「1」で
あれば次のB3判定期間以後「1」に維持され、B2が
「0」であれば「0」に維持される。Switching control signal SC 1, in accordance with the determination of B2, B2 is maintained as long as "1" following B3 determination period after "1" is maintained at "0" if B2 is "0".
B3判定期間及びLSB判定期間に於いても、スイッチ(1
3a)(13c)がB2判定期間のスイッチ(12a)と同様に動
作し、第3ビット(B3)及びLSBが判定される。即ち、M
SBが「1」のときにはコンデンサ(10b)(10c)の第2
電極にVR/2とVRとを交互に印加してVXとVR/2との大小が
判定され、MSBが「0」のときにはコンデンサ(10b)
(10c)にVR/2と接地電位とを交互に印加してVXとVR/2
との大小が判定される。従って、各スイッチ(10a)〜
(10c)を順に切換えてVXをVR/2に近づけ、最終的な各
スイッチ(10a)〜(10c)及び(15)の状態がデジタル
データDOUTの各ビットを表わすことになる。During the B3 judgment period and the LSB judgment period, the switch (1
3a) (13c) operates in the same manner as the switch (12a) in the B2 determination period, and the third bit (B3) and the LSB are determined. That is, M
When SB is "1", the second capacitor (10b) (10c)
V R / 2 and V R are alternately applied to the electrodes to determine the magnitude of V X and V R / 2, and when the MSB is “0”, the capacitor (10b)
(10c) V R / 2 and ground potential are alternately applied to V X and V R / 2
Is determined. Therefore, each switch (10a) ~
Closer to V X to V R / 2 by switching (10c) in the order, the state of the final each switch (10a) ~ (10c) and (15) would represent the bits of the digital data D OUT.
このようなA/D変換器に於いては、1つのデジタルデ
ータを得るのに5つのステップ(4ビットの場合)を要
することから、直列型や直並列型のA/D変換器に比して
変換速度は遅くなるものの、直列型等より回路構成が極
めて簡単になることから、回路規模の大幅な縮小が図れ
ると共に、コンデンサ及び切換スイッチの付加に依って
ビット数の増設ができるため、多ビット化が容易にでき
る。In such an A / D converter, five steps (in the case of 4 bits) are required to obtain one digital data, so that it is compared with a serial type or a serial / parallel type A / D converter. Although the conversion speed is slower, the circuit configuration is much simpler than that of a serial type or the like, so that the circuit scale can be significantly reduced and the number of bits can be increased by adding capacitors and changeover switches. Bit conversion is easy.
(ト)発明の効果 本発明に依れば、差動アンプの比較動作を接地電位か
ら基準電位の範囲で行わせることができるため、単一電
源での動作が可能であると共に、差動アンプの入力レン
ジが十分にとれ、回路のダイナミックレンジの縮小が防
止できる。(G) Effects of the Invention According to the present invention, the comparison operation of the differential amplifier can be performed in the range from the ground potential to the reference potential, so that operation with a single power supply is possible and the differential amplifier can be operated. Can be sufficiently secured, and the dynamic range of the circuit can be prevented from being reduced.
また、基準電位を抵抗分割して得られる中間電位に対
して誤差の補正回路を設けたことで、製造ばらつきに依
る誤差がなくなり、高精度のA/D変換動作を実現でき
る。Further, by providing an error correction circuit for an intermediate potential obtained by dividing the reference potential by resistance, an error due to manufacturing variations is eliminated, and a highly accurate A / D conversion operation can be realized.
第1図は本発明A/D変換器の回路図、第2図は電位補正
回路の回路図、第3図は第1図の動作タイミング図、第
4図は従来のA/D変換器の回路図、第5図は第4図の動
作タイミング図である。 (1),(10)……容量アレイ、(1a)〜(1e),(10
a)〜(10d)……コンデンサ、(2),(11)……スイ
ッチ、(3a)〜(3e),(4),(13a)〜(13c),
(14),(15)……切換スイッチ、(5),(16)……
制御ロジック、(6)(17)……差動アンプ、(18)…
…電位補正回路。1 is a circuit diagram of an A / D converter of the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram of a potential correction circuit, FIG. 3 is an operation timing diagram of FIG. 1, and FIG. 4 is a diagram of a conventional A / D converter. FIG. 5 is a circuit diagram, and FIG. 5 is an operation timing chart of FIG. (1), (10) ... Capacitance array, (1a) to (1e), (10
a) to (10d) ... capacitors, (2), (11) ... switches, (3a) to (3e), (4), (13a) to (13c),
(14), (15) ... changeover switch, (5), (16) ...
Control logic, (6) (17) ... differential amplifier, (18) ...
... potential correction circuit.
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−300627(JP,A) 特開 平1−133423(JP,A) 特開 昭61−69217(JP,A) 特開 昭60−105322(JP,A) 特開 昭60−93531(JP,A)Continuation of the front page (56) References JP-A-63-300627 (JP, A) JP-A-1-133423 (JP, A) JP-A-61-69217 (JP, A) JP-A-60-105322 (JP) , A) JP-A-60-93531 (JP, A)
Claims (2)
に配列された容量アレイと、この容量アレイの一方の電
極側に第1の基準電位を与えると共に他方の電極に被変
換値のアナログ信号を与える手段と、上記容量アレイの
他方の電極側に上記第1の基準電位を与える手段と、上
記容量アレイの他方の電極側に各容量毎に上記第1の基
準電位に対し高電位の第2の基準電位或いは低電位の第
3の基準電位を与える手段と、上記第3の基準電位から
上記第2の基準電位までの間から複数の電位を取り出
し、取り出した電位の内の1つを上記第1の基準電位と
して出力する補正回路と、この補正回路で上記第3の基
準電位から上記第2の基準電位までの間から取り出され
る複数の電位の内の最適電位を指定する選択データを予
め記憶し、上記補正回路に選択指示を与える読み出し専
用の記憶回路と、上記容量アレイの一方の電極側の電位
を上記第1の基準電位と比較する比較回路と、この比較
回路の比較結果に基づいてデジタルデータを上位ビット
から順に作成すると共に上記各手段から上記容量アレイ
への各電位の供給を切換制御する制御回路と、を備え、
上記容量アレイの両電極側に上記第1の基準電位及びア
ナログ信号を夫々与えた後に上記容量アレイの一方の電
極側を浮遊状態とすると共に他方の電極側に上記第1の
基準電位を与えたとき、上記容量アレイの一方の電極側
が上記第1の基準電位に対して低電位となれば上記第2
の基準電位、高電位となれば上記第3の基準電位を上記
容量アレイの各容量に順次供給することを特徴とするA/
D変換器。1. A capacitor array in which a plurality of binary-weighted capacitors are arranged in parallel, a first reference potential is applied to one electrode of the capacitor array, and a converted value of a converted value is applied to the other electrode. A means for applying an analog signal; a means for applying the first reference potential to the other electrode side of the capacitance array; and a high potential with respect to the first reference potential for each capacitor on the other electrode side of the capacitance array. Means for applying a second reference potential or a third reference potential of a low potential, and a plurality of potentials taken out from the third reference potential to the second reference potential, and one of the taken out potentials A correction circuit that outputs one of the potentials as the first reference potential, and a selection circuit that specifies an optimum potential among a plurality of potentials extracted from the third reference potential to the second reference potential. Data is stored in advance and the above correction A read-only storage circuit for giving a selection instruction to a path, a comparison circuit for comparing the potential on one electrode side of the capacitor array with the first reference potential, and a digital data higher rank based on a comparison result of the comparison circuit. And a control circuit that sequentially controls the supply of each potential from each of the means to the capacitor array from the bit, and
After applying the first reference potential and the analog signal to both electrode sides of the capacitor array, respectively, one electrode side of the capacitor array was floated, and the first reference potential was applied to the other electrode side. At this time, if one electrode side of the capacitor array has a potential lower than the first reference potential, the second
Wherein the third reference potential is sequentially supplied to each capacitor of the capacitor array when the reference potential becomes a high potential.
D converter.
電位を抵抗分割する第1の分圧回路と、この第1の分圧
回路の中間電位を挾む近接2電位をさらに抵抗分割する
第2の分圧回路と、この第2の分圧回路から上記記憶回
路に記憶された選択データに基づいて選択的に1電位を
取り出す選択回路と、からなることを特徴とする請求項
第1項記載のA/D変換器。2. The correction circuit according to claim 1, further comprising: a first voltage dividing circuit for dividing the second and third reference potentials by resistance; and a further two potentials sandwiching an intermediate potential of the first voltage dividing circuit. 2. The semiconductor device according to claim 1, further comprising: a second voltage dividing circuit for dividing, and a selecting circuit for selectively extracting one potential from the second voltage dividing circuit based on the selection data stored in the storage circuit. 2. The A / D converter according to claim 1.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2082523A JP2786925B2 (en) | 1990-03-29 | 1990-03-29 | A / D converter |
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---|---|---|---|
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---|---|
JPH03280721A JPH03280721A (en) | 1991-12-11 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPS6169217A (en) * | 1984-09-11 | 1986-04-09 | Oki Electric Ind Co Ltd | Analog-digital converter |
JPS63300627A (en) * | 1987-05-29 | 1988-12-07 | Nec Corp | Analog/digital converter |
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1990
- 1990-03-29 JP JP2082523A patent/JP2786925B2/en not_active Expired - Lifetime
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