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WO2011081069A1 - シグマデルタ変調器 - Google Patents

シグマデルタ変調器 Download PDF

Info

Publication number
WO2011081069A1
WO2011081069A1 PCT/JP2010/073161 JP2010073161W WO2011081069A1 WO 2011081069 A1 WO2011081069 A1 WO 2011081069A1 JP 2010073161 W JP2010073161 W JP 2010073161W WO 2011081069 A1 WO2011081069 A1 WO 2011081069A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
switch
voltage
terminal
resistor
input terminal
Prior art date
Application number
PCT/JP2010/073161
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
智裕 根塚
Original Assignee
ザインエレクトロニクス株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ザインエレクトロニクス株式会社 filed Critical ザインエレクトロニクス株式会社
Priority to EP10840926.9A priority Critical patent/EP2521269A4/en
Priority to CN201080060186XA priority patent/CN102725962A/zh
Priority to KR1020127013776A priority patent/KR101284647B1/ko
Priority to US13/519,501 priority patent/US8552895B2/en
Publication of WO2011081069A1 publication Critical patent/WO2011081069A1/ja

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M3/00—Conversion of analogue values to or from differential modulation
    • H03M3/30—Delta-sigma modulation
    • H03M3/458—Analogue/digital converters using delta-sigma modulation as an intermediate step
    • H03M3/464—Details of the digital/analogue conversion in the feedback path
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M3/00—Conversion of analogue values to or from differential modulation
    • H03M3/02—Delta modulation, i.e. one-bit differential modulation

Definitions

  • the present invention relates to a sigma delta modulator.
  • the sigma delta modulator according to the present invention can be suitably used for, for example, an A / D converter that converts an analog signal into a digital signal.
  • the present invention also relates to a D / A converter used in a sigma delta modulator.
  • the A / D converter has a function of converting analog data output from a sensor or the like into digital data. For this reason, the A / D converter serves as an interface between the physical phenomenon and the digital circuit.
  • a / D converters are used in a wide range of fields such as communication, medical care, and measurement, and are applied to wireless devices such as mobile phones and televisions, medical devices, health devices, and measurement devices.
  • An A / D converter using a sigma delta modulator has a feature of suppressing a quantization error by integrating a difference between an input signal and a quantization step by an integration circuit and continuously performing quantization.
  • a sigma-delta modulator it is possible to realize a relatively high resolution A / D converter with a semiconductor integrated circuit having a relatively small chip area.
  • FIG. 5 shows a circuit diagram of one configuration of an A / D converter using a conventional sigma delta modulator.
  • the A / D converter shown in FIG. 5 includes a sigma delta modulator 5 and a filter 9.
  • the sigma delta modulator 5 integrates reference voltages + Vref and ⁇ Vref whose polarities are controlled by a digital signal ⁇ , which will be described later, and input voltages + Vin and ⁇ Vin, respectively, and quantizes them to obtain a binary value ( Or a multi-valued) digital signal ⁇ .
  • the filter 9 is a decimation filter or the like, which performs processing such as filtering, integration, and averaging on the digital signal ⁇ output from the sigma delta modulator 5, and outputs digital data corresponding to the input voltages + Vin and ⁇ Vin.
  • the digital signal ⁇ determines the timing for switching between the reference voltages + Vref and -Vref as will be described later.
  • the sigma delta modulator 5 includes an integration circuit 10, a first DAC unit 34, a second DAC unit 54, and a comparator 70.
  • the integrating circuit 10 includes a fully differential amplifier 101, a first capacitor 107, a second capacitor 109, a first input resistor 103, and a second input resistor 105.
  • the fully differential amplifier 101 has a non-inverting input terminal and an inverting input terminal as input terminals, and has an inverting output terminal and a non-inverting output terminal as output terminals. Further, the voltages at the inverting output terminal and the non-inverting output terminal of the fully differential amplifier 101 are output to the comparator 70 as an integration result.
  • the first capacitor 107 connects the inverting output terminal and the non-inverting input terminal of the fully differential amplifier 101, and feeds back the signal at the inverting output terminal to the non-inverting input terminal.
  • the second capacitor 109 connects the non-inverting output terminal and the inverting input terminal of the fully differential amplifier 101, and feeds back the signal at the non-inverting output terminal to the inverting input terminal.
  • the comparator 70 refers to a sampling clock (not shown), compares two integration results output from the fully differential amplifier 101 in synchronization with the transition timing of the sampling clock, and compares the comparison result with a binary digital signal. Output as signal ⁇ .
  • the first input resistor 103 has one end to which the input voltage + Vin is supplied and the other end connected to the non-inverting input terminal of the fully differential amplifier 101.
  • the second input resistor 105 has one end to which the input voltage ⁇ Vin is supplied and the other end connected to the inverting input terminal of the fully differential amplifier 101.
  • the first DAC unit 34 includes a first switch 343, a second switch 345, and a first resistor 341.
  • the reference voltage + Vref is supplied to one end of the first switch 343, and the other end is connected to one end of the first resistor 341.
  • the reference voltage ⁇ Vref is supplied to one end of the second switch 345, and the other end is connected to one end of the first resistor 341.
  • the first switch 343 switches between an on state and an off state in accordance with the digital signal ⁇ .
  • the second switch 345 switches between an on state and an off state in accordance with an inverted signal of the digital signal ⁇ .
  • the first switch 343 and the second switch 345 perform complementary operations with the digital signal ⁇ , so that the reference voltages + Vref and ⁇ Vref are fed back to the integrating circuit 10 in accordance with the digital signal ⁇ .
  • the second DAC unit 54 includes a third switch 543, a fourth switch 545, and a second resistor 541.
  • the reference voltage ⁇ Vref is supplied to one end of the third switch 543, and the other end is connected to one end of the second resistor 541.
  • the reference voltage + Vref is supplied to one end of the fourth switch 545, and the other end is connected to one end of the second resistor 541.
  • the third switch 543 switches between an on state and an off state in accordance with the digital signal ⁇ .
  • the fourth switch 545 switches between an on state and an off state in accordance with an inverted signal of the digital signal ⁇ .
  • the third switch 543 and the fourth switch 545 perform complementary operations with the digital signal ⁇ , so that the reference voltages + Vref and ⁇ Vref are fed back to the integrating circuit 10 according to the digital signal ⁇ .
  • the voltage at one end of the first resistor 341 and the voltage at one end of the second resistor 541 vary between + Vref and ⁇ Vref in accordance with the digital signal ⁇ . Will do.
  • the resistance elements constituting the first resistor 341 and the second resistor 541 have a parasitic capacitance.
  • a parasitic capacitance is generated between the parasitic capacitor 349 that generates a parasitic capacitance between the first resistor 341 and the ground potential, and the second resistor 541 and the ground potential.
  • the accuracy of matching of the resistance values of the first resistor 341 and the second resistor 541 affects the performance of the A / D converter.
  • the parasitic capacitor of the resistance element also increases. For this reason, for example, when the potential at one end of the first resistor 341 varies from + Vref to ⁇ Vref, charge is charged / discharged between the parasitic capacitor of the first resistor 341 and the power supply circuit that supplies ⁇ Vref. Increases further. For this reason, it is necessary to increase the transient current supply capability of the power supply circuit, which increases power consumption and circuit scale.
  • an integrating circuit having a first terminal and a second terminal for integrating a voltage supplied via the first terminal, and supplying a first reference voltage to one end of the first resistor.
  • the first DAC unit alternately supplying the first voltage obtained at the other end to the first terminal or the second terminal, and the second DAC obtained by supplying the second reference voltage to one end of the second resistor.
  • a second DAC unit that alternately supplies two voltages to the second terminal or the first terminal, and when the first DAC unit supplies the first voltage to the first terminal, the second DAC unit includes: When the second voltage is supplied to the second terminal and the first DAC unit supplies the first voltage to the second terminal, the second DAC unit supplies the second voltage to the first terminal.
  • a delta modulator is provided.
  • an integration circuit having a first terminal and a second terminal for integrating respective voltages supplied via the first terminal and the second terminal, and a first reference
  • a first voltage obtained at the other end by supplying a voltage to one end of the first resistor and a second voltage obtained at the other end by supplying a second reference voltage to the one end of the second resistor are alternately supplied to the first resistor.
  • a first DAC unit that supplies power to the terminal; a third voltage obtained at the other end by supplying the second reference voltage to one end of the third resistor; and the other end at the other end by supplying the first reference voltage to one end of the fourth resistor.
  • a second DAC section that alternately supplies the fourth voltage obtained to the second terminal, and an ON state or an OFF state between the other end of the second resistor and the other end of the fourth resistor. ON between the first switch and the other end of the first resistor and the other end of the third resistor And when the first DAC unit supplies the first voltage to the first terminal, the second DAC unit supplies the third voltage to the second terminal. When the first switch is turned on, the second switch is turned off, and the first DAC unit supplies the second voltage to the first terminal, the second DAC unit supplies the fourth voltage to the first terminal.
  • a sigma delta modulator is provided in which the first switch is turned off and the second switch is turned on.
  • the sigma delta modulator according to the present invention can reduce the power consumption and power consumption of the power supply circuit more than the conventional sigma delta modulator. Further, the sigma delta modulator according to the present invention is more suitable for high speed operation than the conventional sigma delta modulator.
  • FIG. 1 is a circuit diagram of an A / D converter configured using a sigma-delta modulator according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the circuit diagram of the A / D converter comprised using the sigma delta modulator as an Example of Embodiment 1 of this invention
  • Circuit diagram of an A / D converter configured using a sigma delta modulator according to Embodiment 3 of the present invention Circuit diagram of A / D converter using conventional sigma delta modulator Circuit diagram of A / D converter using conventional sigma delta modulator
  • FIG. 1 is a circuit diagram of an A / D converter configured using a sigma delta modulator according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the A / D converter shown in FIG. 1 includes a sigma delta modulator 1 and a filter 9.
  • the sigma delta modulator 1 integrates the first reference voltage (+ Vref) and the second reference voltage ( ⁇ Vref), the polarities of which are controlled by the digital signal ⁇ , and the input voltages + Vin and ⁇ Vin, respectively. As a result, a binary (or multi-value) digital signal ⁇ is output.
  • the sigma delta modulator 1 includes an integration circuit 10, a comparator 70, a first DAC unit 30, and a second DAC unit 50.
  • the integrating circuit 10 includes a fully differential amplifier 101, a first capacitor 107, a second capacitor 109, a first input resistor 103, and a second input resistor 105.
  • the fully differential amplifier 101 has a non-inverting input terminal and an inverting input terminal as input terminals, and has an inverting output terminal and a non-inverting output terminal as output terminals.
  • the first capacitor 107 is connected to the inverting output terminal and the non-inverting input terminal of the fully differential amplifier 101, and feeds back the signal at the inverting output terminal to the non-inverting input terminal.
  • the second capacitor 109 is connected to the non-inverting output terminal and the inverting input terminal of the fully differential amplifier 101, and feeds back the signal at the non-inverting output terminal to the inverting input terminal.
  • One end of the first input resistor 103 and one end of the second input resistor 105 serve as two input terminals of the integrating circuit 10.
  • the voltage of the signal output to the inverting output terminal and the non-inverting output terminal of the fully differential amplifier 101 is output to the comparator 70 as an integration result.
  • the first input resistor 103 is supplied with the input voltage + Vin at one end and connected to the non-inverting input terminal of the fully differential amplifier 105 at the other end.
  • the second input resistor 105 is supplied with the input voltage ⁇ Vin at one end and connected to the inverting input terminal of the fully-differential amplifier 101 at the other end. Note that the resistance value of the first input resistor 103 is preferably the same as the resistance value of the second input resistor 105.
  • the first DAC unit 30 supplies the voltage (first voltage) obtained at the other end of the fully differential amplifier 101 provided in the integrating circuit 10. Supply alternately to two input terminals. In other words, the first reference voltage is supplied to one end of the first resistor 305. The other end of the first resistor 305 is alternately connected to two input terminals of the fully-differential amplifier 101 provided in the integrating circuit 10. For example, when the digital signal ⁇ is “H”, the first DAC unit 30 applies the voltage obtained at the other end of the first resistor 305 to one input terminal of the fully-differential amplifier 101 provided in the integrating circuit 10. , And not supplied to the other input terminal. If the digital signal ⁇ is “L”, the voltage obtained at the other end of the first resistor 305 is supplied to the other input terminal of the fully-differential amplifier 101 provided in the integrating circuit 10. Do not supply to input terminals.
  • the voltage (first voltage) obtained at the other end is substantially intermediate between the first reference voltage and the second reference voltage. It becomes a voltage value.
  • the first DAC unit 30 includes a first switch 301, a second switch 303, and a first resistor 305.
  • a first reference voltage is supplied to one end of the first resistor 305, and the other end is connected to one end of the first switch 301 and one end of the second switch 303.
  • the other end of the first switch 301 is connected to the non-inverting input terminal of the fully differential amplifier 101.
  • the other end of the second switch 303 is connected to the inverting input terminal of the fully differential amplifier 101. That is, the first switch 301 is provided in a wiring that supplies the first voltage to the inverting input terminal.
  • the second switch 303 is provided in a wiring that supplies the first voltage to the non-inverting input terminal. Accordingly, the first switch 301 controls the supply of the first voltage to the inverting input terminal.
  • the second switch 303 controls the supply of the first voltage to the non-inverting input terminal.
  • connection resistance between the other end of the first switch 301 and the non-inverting input terminal of the fully differential amplifier 101 is preferably smaller than the resistance value of the first resistor 305.
  • the connection resistance between the other end of the second switch 303 and the inverting input terminal of the fully differential amplifier 101 is preferably smaller than the resistance value of the first resistor 305. Since each of the on-resistances of the first switch 301 and the second switch 303 generally has non-linearity, it should be smaller than the resistance value of the first resistor 305 in order to reduce the influence of non-linearity. This is desirable.
  • the second switch 303 When the first switch 301 is on, the second switch 303 is off. Further, when the first switch 301 is in the off state, the second switch 303 is in the on state. That is, the states of the first switch 301 and the second switch 303 are complementary. For example, when the first switch 301 transitions between the on state and the off state according to the digital signal ⁇ , the second switch 303 transitions between the on state and the off state according to the inverted signal of the digital signal ⁇ . To do.
  • the second DAC unit 50 alternately supplies the voltage obtained at the other end (second voltage) to the two input terminals of the fully differential amplifier 101.
  • the second reference voltage is supplied to one end of the second resistor 505.
  • the other end of the second resistor 505 is alternately connected to the two input terminals of the fully differential amplifier 101.
  • the second DAC unit 50 supplies the second voltage to the other input terminal of the fully differential amplifier 101. Further, when the first DAC unit 30 supplies the first voltage to the other input terminal of the fully-differential amplifier 101, the second DAC unit 50 supplies the second voltage to one of the input terminals of the fully-differential amplifier 101. That is, the first DAC unit 30 and the second DAC unit 50 are controlled so as not to supply the first voltage and the second voltage to the same input terminal of the fully-differential amplifier 101 at the same time.
  • the first DAC unit 30 supplies the voltage obtained at the other end of the first resistor 305 to one input terminal of the fully-differential amplifier 101, but the other input terminal Do not supply to. Further, if the digital signal ⁇ is “L”, the first DAC unit 30 supplies the voltage obtained at the other end of the first resistor 305 to the other input terminal of the fully-differential amplifier 101, but one input terminal Do not supply to.
  • the second DAC unit 50 includes a third switch 501, a fourth switch 503, and a second resistor 505.
  • the reference voltage ⁇ Vref is supplied to one end of the second resistor 505, and the other end is connected to one end of the third switch 501 and one end of the fourth switch 503.
  • the other end of the third switch 501 is connected to the inverting input terminal of the fully differential amplifier 101.
  • the other end of the fourth switch 503 is connected to the non-inverting input terminal of the fully differential amplifier 101. That is, the third switch 501 is provided in the wiring that supplies the second voltage to the inverting input terminal.
  • the fourth switch 503 is provided in a wiring that supplies the second voltage to the non-inverting input terminal. Therefore, the third switch 501 controls the supply of the second voltage to the inverting input terminal.
  • the fourth switch 503 controls the supply of the second voltage to the non-inverting input terminal.
  • connection resistance between the other end of the third switch 501 and the inverting input terminal of the fully-differential amplifier 101 is preferably smaller than the resistance value of the second resistor 505.
  • connection resistance between the other end of the fourth switch 503 and the non-inverting input terminal of the fully-differential amplifier 101 is preferably smaller than the resistance value of the second resistor 505.
  • each of the on-resistances of the third switch 501 and the fourth switch 503 generally has non-linearity, so that the influence of non-linearity is reduced. This is because it is preferably smaller than the second resistance.
  • the fourth switch 503 When the third switch 501 is on, the fourth switch 503 is off. In addition, when the third switch 501 is in the off state, the fourth switch 503 is in the on state. That is, the state of the third switch 501 and the fourth switch 503 is complementary.
  • the third switch 501 is also in the on state. Further, when the first switch 301 is in the off state, the third switch 501 is also in the off state. That is, the first switch 301 and the third switch 501 are synchronous.
  • the second switch 303 and the fourth switch 503 are synchronous. For example, when the third switch 501 transitions between an on state and an off state according to the digital signal ⁇ , the fourth switch 503 switches between the on state and the off state according to an inverted signal of the digital signal ⁇ . Transition. Therefore, if the third switch 501 is in the on state, the fourth switch 503 is in the off state. If the third switch 501 is in the off state, the fourth switch 503 is in the on state.
  • the resistance value of the first resistor 305 is desirably the same as the resistance value of the second resistor 505.
  • the first reference voltage (+ Vref) when the first reference voltage (+ Vref) is supplied to one end of the first resistor 305, the voltage (first voltage) obtained at the other end is the non-inverting input terminal of the fully differential amplifier 101. And the inverting input terminal are alternately supplied. Further, when the second reference voltage ( ⁇ Vref) is supplied to one end of the second resistor 505, the voltage (second voltage) obtained at the other end is the non-inverting input terminal of the fully-differential amplifier 101 and the inverting input. Alternately supplied to the terminals. At this time, when the first voltage is supplied to the non-inverting input terminal of the fully differential amplifier 101, the second voltage is supplied to the inverting input terminal of the fully differential amplifier 101. Further, when the first voltage is supplied to the inverting input terminal of the fully differential amplifier 101, the second voltage is supplied to the non-inverting input terminal of the fully differential amplifier 101.
  • the voltage at the non-inverting input terminal and the inverting input terminal of the fully differential amplifier 101 are virtually grounded, the voltage at the non-inverting input terminal and the voltage at the inverting input terminal are substantially equal. Therefore, even if the first voltage is alternately supplied to the non-inverting input terminal and the inverting input terminal of the fully differential amplifier 101, the voltage at the other end of the first resistor 305 is substantially constant. A reference voltage + Vref is supplied to one end of the first resistor 305. Therefore, even if the first DAC unit 30 switches the supply of the first voltage from one of the two input terminals of the fully-differential amplifier 101 provided in the integrating circuit 10 to the other, the voltage across the first resistor 305 is almost the same. Kept constant.
  • the influence of the parasitic capacitance on the power supply circuit can be made smaller than that in the prior art. For this reason, even if the response speed and power consumption of the power supply circuit that supplies the reference voltage + Vref and the area are made smaller than the conventional one, it is possible to prevent the fluctuation of the reference voltage + Vref from becoming large. In addition, the number of transitions per time of the digital signal ⁇ can be increased, and high-speed operation is also possible.
  • the second resistor 505 even if the second voltage is alternately supplied to the inverting input terminal and the non-inverting input terminal of the fully differential amplifier 101, the voltage at the other end of the second resistor 505 is substantially constant. Further, the second reference voltage ⁇ Vref is supplied to one end of the second resistor 505. Therefore, even if the second DAC unit 50 switches the supply destination of the second voltage from one of the two input terminals of the fully-differential amplifier 101 provided in the integration circuit 10 to the other, the voltage across the second resistor 505 is not changed. It is kept almost constant. Therefore, even if the second resistor 505 has a parasitic capacitance, the influence of the parasitic capacitance on the power supply circuit can be made smaller than that of the prior art.
  • FIG. 2 is a circuit diagram of an A / D converter configured using the sigma delta modulator according to the example of the present embodiment shown in FIG.
  • the first switch 301, the second switch 303, the third switch 501, and the fourth switch 503 shown in FIG. 1 are realized by using a transistor 321, a transistor 323, a transistor 521, and a transistor 523, respectively. ing.
  • NMOS is preferably used as the transistor 321, the transistor 323, the transistor 521, and the transistor 523 (however, a pMOS may be preferable depending on a potential level).
  • a pMOS may be preferable depending on a potential level.
  • the on-resistance of the switch is lowered, so that the switch can be made small.
  • the parasitic capacitance is reduced by reducing the switch, and the influence of feedthrough and charge injection that cause an error in the output of the integration circuit can be reduced, so that high-speed operation is possible.
  • pMOS can be used as the transistor 321, the transistor 323, the transistor 521, and the transistor 523.
  • the electrical resistance from one end to the non-inverting input terminal of the fully differential amplifier 101 can be made substantially the same.
  • the electrical resistance between the power supply circuit that supplies the first reference voltage and the non-inverting input terminal, the electrical resistance between the power supply circuit that supplies the first reference voltage and the inverting input terminal, and the second reference voltage are supplied. It is possible to improve the accuracy of matching between the electric resistance between the power supply circuit to be operated and the non-inverting input terminal and the electric resistance between the power supply circuit for supplying the second reference voltage and the inverting input terminal.
  • the other is in an off state, so that the switch field-through or charge injection is performed with the transistor 321.
  • the influence can be reduced by canceling between the transistors 523.
  • one of the transistor 323 and the transistor 521 for supplying a reference voltage to the inverting input terminal of the fully differential amplifier is in an on state, the other is in an off state, thereby reducing the influence of switch field-through and charge injection. Can contribute to higher accuracy.
  • the transistor 321 and the transistor 523 can be respectively configured as CMOS switches configured by parallel connection of nMOS and pMOS.
  • the control signals input to the gates of the nMOS and pMOS constituting one set of CMOS switches have complementary polarities.
  • the transistor 323 and the transistor 521 can be respectively configured as CMOS switches configured by parallel connection of nMOS and pMOS.
  • the influence of charging / discharging due to the parasitic capacitance of the resistor supplied with the reference voltage on the power supply circuit can be made smaller than in the prior art.
  • the sigma delta modulator can be provided which can prevent the fluctuation of the reference voltage from increasing and can operate at a higher speed.
  • FIG. 3 is a circuit diagram of an A / D converter configured using the sigma delta modulator according to the second embodiment of the present invention.
  • the A / D converter shown in FIG. 3 includes a sigma delta modulator 3 and a filter 9.
  • the sigma delta modulator 3 integrates voltages obtained from the reference voltages + Vref and ⁇ Vref and the input voltages + Vin and ⁇ Vin, respectively, and outputs a digital signal.
  • the sigma delta modulator 3 includes an integration circuit 15 and a DAC unit 40.
  • the DAC unit 40 includes a first DAC unit and a second DAC unit.
  • the first to fourth voltages are defined as follows.
  • the voltage obtained at the other end is defined as the first voltage.
  • the second reference voltage ( ⁇ Vref) is supplied to one end of the second resistor 417
  • a voltage obtained at the other end is defined as a second voltage.
  • a voltage obtained at the other end is defined as a third voltage.
  • the first reference voltage is supplied to the fourth resistor 415
  • a voltage obtained at the other end is defined as a fourth voltage.
  • the first DAC unit alternately supplies the first voltage and the second voltage to one of the input terminals of the fully-differential amplifier 101 provided in the integrating circuit 10.
  • the second DAC unit supplies the third voltage and the fourth voltage alternately to the other input terminal of the fully-differential amplifier 101 provided in the integration circuit 10.
  • the first DAC unit supplies the first voltage to one of the input terminals of the fully differential amplifier 101 provided in the integrating circuit 10
  • the second DAC unit supplies the third voltage to the total difference provided in the integrating circuit 10.
  • the other input terminal of the dynamic amplifier 101 is supplied.
  • the first DAC unit supplies the second voltage to one of the input terminals of the fully differential amplifier 101 provided in the integration circuit 10
  • the second DAC unit supplies the fourth voltage to the total difference provided in the integration circuit 10.
  • the other input terminal of the dynamic amplifier 101 is supplied.
  • the first switch 409 connects the other end of the second resistor 417 and the other end of the fourth resistor 415 when the first DAC unit supplies the first voltage to one of the input terminals of the fully differential amplifier 101.
  • the first DAC unit supplies the second voltage to one of the input terminals of the fully-differential amplifier 101, the other end of the second resistor 417 and the other end of the fourth resistor 415 are not connected.
  • the second switch 411 does not connect the other end of the first resistor 413 and the other end of the third resistor 419 when the first DAC unit supplies the first voltage to one of the input terminals of the fully differential amplifier 101.
  • the first DAC unit supplies the second voltage to one of the input terminals of the fully-differential amplifier 101, the other end of the first resistor 413 and the other end of the third resistor 419 are connected.
  • the first DAC section includes a third switch 401, a fourth switch 405, a first resistor 413, and a second resistor 417, as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 3, the second DAC unit includes a fifth switch 403, a sixth switch 407, a third resistor 419, and a fourth resistor 415.
  • the first reference voltage (+ Vref) is supplied to one end of the first resistor 413.
  • the other end of the first resistor 413 is connected to one end of the third switch 401 and one end of the second switch 411.
  • the second reference voltage ( ⁇ Vref) is supplied to one end of the second resistor 417.
  • the other end of the second resistor 417 is connected to one end of the fourth switch 405 and one end of the first switch 409.
  • the second reference voltage is supplied to one end of the third resistor 419.
  • the other end of the third resistor 419 is connected to one end of the fifth switch 403 and the other end of the second switch 411.
  • a first reference voltage is supplied to one end of the fourth resistor 415.
  • the other end of the fourth resistor 415 is connected to one end of the sixth switch 407 and the other end of the first switch 409.
  • the third switch 401 is provided in the wiring that supplies the first voltage to the non-inverting input terminal.
  • the fourth switch 405 is provided in a wiring that supplies the second voltage to the non-inverting input terminal.
  • the fifth switch 403 is provided in a wiring that supplies the third voltage to the inverting input terminal.
  • the sixth switch 407 is provided in the wiring that supplies the fourth voltage to the inverting input terminal. Accordingly, the third switch 401 controls the supply of the first voltage to the non-inverting input terminal.
  • the fourth switch 405 controls the supply of the second voltage to the non-inverting input terminal.
  • the fifth switch 403 controls the supply of the third voltage to the inverting input terminal.
  • the sixth switch 407 controls the supply of the fourth voltage to the inverting input terminal.
  • connection resistance between the other end of the third switch 401 and the non-inverting input terminal is preferably smaller than the resistance value of the first resistor 413.
  • the connection resistance between the other end of the fourth switch 405 and the non-inverting input terminal is preferably smaller than the resistance value of the second resistor 417.
  • the connection resistance between the other end of the fifth switch 403 and the inverting input terminal is preferably smaller than the resistance value of the third resistor 419.
  • connection resistance between the other end of the sixth switch 407 and the non-inverting input terminal is preferably smaller than the resistance value of the fourth resistor 415.
  • the on-resistance of the switch is small in order to reduce the influence of the nonlinearity. This is because it is desirable.
  • the third switch 401 when the third switch 401 is on, the fourth switch 405 is off, the fifth switch 403 is on, the sixth switch 407 is off, the first switch 409 is on, The second switch 411 is turned off.
  • the third switch 401 is in the off state
  • the fourth switch 405 is in the on state
  • the fifth switch 403 is in the off state
  • the sixth switch 407 is in the on state
  • the first switch 409 is in the off state
  • the 2 switch 411 is turned on.
  • the resistance value of the first resistor 413 is preferably the same as the resistance value of the third resistor 419.
  • the resistance value of the second resistor 417 is preferably the same as the resistance value of the fourth resistor 415.
  • the fourth switch 405 transitions between the on state and the off state according to the inverted signal of the digital signal ⁇ . To do.
  • the fifth switch 403 transitions between the on state and the off state according to the digital signal ⁇
  • the sixth switch 407 transitions between the on state and the off state according to the inverted signal of the digital signal ⁇ . . Therefore, the third switch 401 and the fifth switch 403 are synchronous, and the fourth switch 405 and the sixth switch 407 are synchronous. However, the third switch 401 and the fourth switch 405 are in a complementary relationship.
  • the fifth switch 403 and the sixth switch 407 are also in a complementary relationship. As described above, when all the switches operate in synchronization, the first reference voltage and the second reference voltage are fed back to the integration circuit.
  • one end of the first switch 409 is connected to the other end of the second resistor 419, and the other end is connected to the other end of the fourth resistor 415.
  • One end of the second switch 411 is connected to the other end of the first resistor 413, and the other end is connected to one end of the third resistor 419.
  • the first switch 409 transitions between an on state and an off state according to the signal ⁇
  • the second switch 411 transitions between an on state and an off state according to an inverted signal of the signal ⁇ . Therefore, the first switch 409 and the second switch 411 are in a complementary relationship.
  • the state of the first switch 409 can be the same as that of the third switch 401 and the fifth switch 403.
  • the state of the second switch 411 can be the same as that of the fourth switch 405 and the sixth switch 407.
  • the fourth switch 405 and the sixth switch 407 are turned off. Further, the first switch 409 is turned on. The second switch 411 is turned off. Therefore, in this state, the other end of the second resistor 417 and the other end of the fourth resistor 415 are connected, and the voltage at the other end is an intermediate voltage between + Vref and ⁇ Vref. Further, since the non-inverting input and the inverting input of the fully-differential amplifier 101 have substantially the same voltage due to virtual grounding, the voltage at the other end of the first resistor 413 and the voltage at the other end of the third resistor 419 are also + Vref. And an intermediate voltage between -Vref.
  • the fourth switch 405 and the sixth switch 407 are turned on. Further, the first switch 409 is turned off. The second switch 411 is turned on. Therefore, the voltage at the other end of the first resistor 413 and the voltage at the other end of the third resistor 419 are intermediate voltages between + Vref and ⁇ Vref. Further, the voltage at the other end of the second resistor 417 and the voltage at the other end of the fourth resistor 415 are also intermediate voltages between + Vref and ⁇ Vref due to virtual ground.
  • the voltage at the other ends of the first to fourth resistors is Since it is almost the same as the potential before the transition, it is maintained at a voltage intermediate between + Vref and -Vref.
  • the change in the voltage at the other end of the first to fourth resistors can be reduced. For this reason, the amount of charge that moves between the first to fourth resistors and the power supply circuit generated by the parasitic capacitance can be made smaller than that of the prior art. Therefore, even if the first to fourth resistors have a parasitic capacitance, the influence of the parasitic capacitance on the power supply circuit can be made smaller than in the prior art. As a result, even if the capacity of the power supply circuit is made smaller than that of the conventional one, a sigma delta modulator can be provided that can prevent the fluctuation of the reference voltage from increasing and can operate at a higher speed.
  • the first to sixth switches can be configured using transistors as described in the first embodiment. Moreover, nMOS and pMOS can be used as these transistors.
  • the on-resistances of the first switch 409 and the second switch 411 are preferably twice the on-resistance of the third switch 401, the fifth switch 403, the fourth switch 405, and the sixth switch 407.
  • FIG. 4 is a circuit diagram of an A / D converter configured using a sigma delta modulator according to Embodiment 3 of the present invention.
  • the A / D converter whose circuit diagram is shown in FIG. 4 includes a sigma delta modulator 4 and a filter 9.
  • the sigma delta modulator 4 outputs one integral value
  • the comparator 70 compares the integral value with a predetermined voltage.
  • the sigma delta modulator 4 integrates the voltage obtained from the input voltage + Vin using the reference voltages + Vref and ⁇ Vref, and outputs a digital signal ⁇ .
  • the sigma delta modulator 4 includes an integrating circuit 20 and a DAC unit 60.
  • the integrating circuit 20 includes a differential amplifier 201 and a capacitor 207.
  • the differential amplifier 201 has a non-inverting input terminal and an inverting input terminal as input terminals.
  • the capacitor 207 is connected to the differential amplifier 201 so that the output signal of the differential amplifier 201 is fed back to the inverting input terminal.
  • the input resistor 205 is supplied with the input voltage Vin at one end and connected to the inverting input terminal of the differential amplifier 201 at the other end.
  • the DAC unit 60 includes a first DAC unit and a second DAC unit.
  • the first DAC unit supplies the voltage (first voltage) obtained at the other end of the differential amplifier 201 provided in the integrating circuit 20. Supply alternately to two input terminals.
  • the second DAC unit is configured to provide the differential circuit provided in the integration circuit 20 with the voltage (second voltage) obtained at the other end when the second reference voltage ( ⁇ Vref) is supplied to one end of the second resistor 611. The signals are supplied alternately to the two input terminals of the amplifier 201.
  • the first DAC unit and the second DAC unit are controlled so as to supply the first voltage and the second voltage to different input terminals of the integrating circuit 20.
  • first DAC unit there is a configuration including a first switch 601, a second switch 607, and a first resistor 609.
  • second DAC unit there is a configuration including a third switch 603, a fourth switch 605, and a second resistor 611.
  • a reference voltage + Vref is supplied to one end of the first resistor 609.
  • the other end of the first resistor 609 is connected to one end of the first switch 601 and one end of the second switch 607.
  • a reference voltage ⁇ Vref is supplied to one end of the second resistor 611.
  • the other end of the second resistor 611 is connected to one end of the third switch 603 and one end of the fourth switch 605. Note that the resistance value of the first resistor 609 is preferably the same as the resistance value of the second resistor 611.
  • the other end of the first switch 601 is connected to the inverting input terminal of the differential amplifier 201.
  • the other end of the second switch 607 is connected to the non-inverting input terminal of the differential amplifier 201.
  • the other end of the third switch 603 is connected to the inverting input terminal of the differential amplifier 201.
  • the other end of the fourth switch 605 is connected to the non-inverting input terminal of the differential amplifier 201.
  • the connection resistance between the other end of the first switch 601 and the inverting input terminal of the differential amplifier 201 and the resistance value of the connection resistance between the other end of the second switch 607 and the non-inverting input terminal of the differential amplifier 201 are the first resistance. It is preferably less than 609.
  • connection resistance between the other end of the third switch 603 and the inverting input terminal of the differential amplifier 201 and the resistance value of the connection resistance between the other end of the fourth switch 605 and the non-inverting input terminal of the differential amplifier 201 are the first resistance. It is preferably less than 609. Since the on-resistances of the first switch 601, the second switch 607, the third switch 603, and the fourth switch 605 generally have nonlinearity, the on-resistance of the switch may be small in order to reduce the influence of the nonlinearity. This is desirable.
  • the first switch 601 is provided in the wiring for supplying the first voltage to the inverting input terminal. Thereby, the first switch 601 controls the supply of the first voltage to the inverting input terminal. Further, the third switch 603 is provided in a wiring that supplies the second voltage to the non-inverting input terminal. Accordingly, the third switch 603 controls the supply of the second voltage to the non-inverting input terminal.
  • the first switch 601 transitions between an on state and an off state according to, for example, the digital signal ⁇
  • the second switch 607 transitions between an on state and an off state according to an inverted signal of the digital signal ⁇ . . Therefore, the first switch 601 and the second switch 607 are in a complementary relationship.
  • the third switch 603 makes a transition between the on state and the off state in accordance with the inverted signal of the digital signal ⁇
  • the fourth switch 605 makes a transition between the on state and the off state in accordance with the digital signal ⁇ . . Therefore, the third switch 603 and the fourth switch 605 are in a complementary relationship.
  • the third switch 603 has a complementary relationship with the first switch 601.
  • the fourth switch 605 is in a complementary relationship with the second switch 607.
  • the voltage at the other end of the second resistor 611 is equal to the voltage at the non-inverting input terminal of the differential amplifier 201. Due to the virtual grounding, the voltage at the other end of the second resistor 611 becomes substantially equal to the voltage at the inverting input terminal of the differential amplifier 201. As a result, the voltage at the other end of the second resistor 611 is substantially equal to the voltage at the other end of the first resistor 609.
  • the second switch 607 and the third switch 603 are turned on. Accordingly, even in this case, the voltage at the other end of the second resistor 611 is substantially equal to the voltage at the inverting input terminal of the differential amplifier 201, and is approximately equal to the voltage at the non-inverting input terminal of the differential amplifier 201 due to virtual ground. Become. As a result, the voltage at the other end of the second resistor 611 is substantially equal to the voltage at the other end of the first resistor 609.

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Abstract

本発明の一実施形態として、第１端子と第２端子とを有し前記第１端子を介して供給される電圧を積分する積分回路と、第１参照電圧を第１抵抗の一端に供給してその他端に得られる第１電圧を、前記第１端子または前記第２端子へ交互に供給する第１ＤＡＣ部と、第２参照電圧を第２抵抗の一端に供給してその他端に得られる第２電圧を、前記第２端子または前記第１端子へ交互に供給する第２ＤＡＣ部と、を備え、前記第１ＤＡＣ部が前記第１電圧を前記第１端子に供給するときには、前記第２ＤＡＣ部は前記第２電圧を前記第２端子に供給し、前記第１ＤＡＣ部が前記第１電圧を前記第２端子に供給するときには、前記第２ＤＡＣ部は前記第２電圧を前記第１端子に供給するシグマデルタ変調回路を提供する。

Description

シグマデルタ変調器
　本発明は、シグマデルタ変調器に関する。とりわけ、本発明に係るシグマデルタ変調器は、例えば、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータに好適に使用することができる。また、本発明は、シグマデルタ変調器に用いるＤ／Ａコンバータにも関する。
　Ａ／Ｄコンバータは、センサなどが出力するアナログデータをデジタルデータに変換する、という機能を持つ。このため、Ａ／Ｄコンバータは、物理現象とデジタル回路の間のインターフェースの役割を果たす。Ａ／Ｄコンバータは、通信、医療、計測など幅広い分野で用いられており、携帯電話やテレビなどの無線機器、医療機器、健康機器、計測機器などに応用されている。
　Ａ／Ｄコンバータの構成の一つとして、シグマデルタ変調器を用いるものが知られている（例えば、特許文献１）。シグマデルタ変調器を用いるＡ／Ｄコンバータは、入力信号と量子化ステップの差分を積分回路で積分して連続的に量子化を行うことで量子化誤差を抑制する、という特徴を持つ。このような、シグマデルタ変調器を用いることにより、比較的高い分解能のＡ／Ｄコンバータを、比較的小さいチップ面積の半導体集積回路にて実現することが可能となる。
　図５は、従来のシグマデルタ変調器を用いるＡ／Ｄコンバータの一構成における回路図を示す。図５に示すＡ／Ｄコンバータは、シグマデルタ変調器５と、フィルタ９と、を有する。
　シグマデルタ変調器５は、後述するデジタル信号ψによって極性が制御される参照電圧＋Ｖｒｅｆ及び－Ｖｒｅｆと、入力電圧＋Ｖｉｎ及び－Ｖｉｎと、をそれぞれ積分し、それを量子化することにより、２値（又は多値）のデジタル信号ψを出力する。
　フィルタ９は、デシメーションフィルタなどであり、シグマデルタ変調器５が出力するデジタル信号ψをフィルタリングもしくは積分、平均化などの処理を行ない、入力電圧＋Ｖｉｎ及び－Ｖｉｎに対応するデジタルデータを出力する。このデジタル信号ψによって、後述のように参照電圧＋Ｖｒｅｆと－Ｖｒｅｆとを切り替えるタイミングが決定される。
　シグマデルタ変調器５は、積分回路１０と、第１ＤＡＣ部３４と、第２ＤＡＣ部５４と、比較器７０と、を有する。
　積分回路１０は、全差動増幅器１０１と、第１のキャパシタ１０７と、第２のキャパシタ１０９と、第１入力抵抗１０３と、第２入力抵抗１０５と、を有する。
　全差動増幅器１０１は、入力端子として非反転入力端子と反転入力端子とを有し、出力端子として反転出力端子と非反転出力端子とを有する。また、全差動増幅器１０１の反転出力端子と非反転出力端子との電圧が、積分結果として、比較器７０に出力される。
　第１のキャパシタ１０７は、全差動増幅器１０１の反転出力端子と非反転入力端子とを接続し、反転出力端子の信号を非反転入力端子へ帰還する。また、第２のキャパシタ１０９は、全差動増幅器１０１の非反転出力端子と反転入力端子とを接続し、非反転出力端子の信号を反転入力端子へ帰還する。
　比較器７０は、図示されないサンプリングクロックを参照し、そのサンプリングクロックの遷移タイミングに同期して、全差動増幅器１０１から出力される２つの積分結果を比較し、その比較の結果を２値のデジタル信号ψとして出力する。
　第１入力抵抗１０３は、入力電圧＋Ｖｉｎが供給される一端と全差動増幅器１０１の非反転入力端子に接続される他端とを有する。また、第２入力抵抗１０５は、入力電圧－Ｖｉｎが供給される一端と全差動増幅器１０１の反転入力端子に接続される他端とを有する。
　第１ＤＡＣ部３４は、第１のスイッチ３４３と、第２のスイッチ３４５と、第１の抵抗３４１と、を有する。第１のスイッチ３４３の一端には、参照電圧＋Ｖｒｅｆが供給され、その他端は第１の抵抗３４１の一端に接続される。また、第２のスイッチ３４５の一端には、参照電圧－Ｖｒｅｆが供給され、その他端は第１の抵抗３４１の一端に接続される。第１のスイッチ３４３は、デジタル信号ψに従って、オン状態とオフ状態とを切り替える。また、第２のスイッチ３４５は、デジタル信号ψの反転信号に従って、オン状態とオフ状態とを切り替える。この第１のスイッチ３４３と第２のスイッチ３４５とがデジタル信号ψにより相補的な動作をすることにより、参照電圧＋Ｖｒｅｆ及び－Ｖｒｅｆがデジタル信号ψに応じて積分回路１０に帰還される。
　第２ＤＡＣ部５４は、第３のスイッチ５４３と、第４のスイッチ５４５と、第２の抵抗５４１と、を有する。第３のスイッチ５４３の一端には、参照電圧－Ｖｒｅｆが供給され、その他端は第２の抵抗５４１の一端に接続される。また、第４のスイッチ５４５の一端には、参照電圧＋Ｖｒｅｆが供給され、その他端は第２の抵抗５４１の一端に接続される。第３のスイッチ５４３は、デジタル信号ψに従って、オン状態とオフ状態とを切り替える。また、第４のスイッチ５４５は、デジタル信号ψの反転信号に従って、オン状態とオフ状態とを切り替える。この第３のスイッチ５４３と第４のスイッチ５４５とがデジタル信号ψにより相補的な動作をすることにより、参照電圧＋Ｖｒｅｆ及び－Ｖｒｅｆがデジタル信号ψに応じて積分回路１０に帰還される。
特開２００６－３３３０５３号公報
　図５に示すＡ／Ｄコンバータにおいては、第１の抵抗３４１の一端の電圧と、第２の抵抗５４１の一端の電圧とが、デジタル信号ψに応じて、＋Ｖｒｅｆと－Ｖｒｅｆとの間を変動することになる。
　しかしながら、第１の抵抗３４１及び第２の抵抗５４１を構成する抵抗素子は、寄生容量を有する。例えば、図６の点線に示すように、第１の抵抗３４１とグランド電位などとの間に寄生容量を発生させる寄生キャパシタ３４９と、第２の抵抗５４１とグランド電位などとの間に寄生容量を発生させる寄生キャパシタ５４９とが存在する。
　この寄生キャパシタ３４９により、第１の抵抗３４１の一端の電圧が＋Ｖｒｅｆと－Ｖｒｅｆとの間を変動すると寄生キャパシタ３４９に過渡的な電荷の充放電が生じる。このため、－Ｖｒｅｆを供給する電源回路の応答速度が不十分であると、参照電圧が変動し、積分回路の出力に誤差が発生する。これは、第１の抵抗３４１の一端の電位が－Ｖｒｅｆから＋Ｖｒｅｆに変動する場合も同様である。また、寄生キャパシタ５４９により、第２の抵抗５４１についても同様の現象が生じる。
　このような課題に対しては、電源回路の応答速度を十分に大きくするという解決方法も考えられる。しかしながら、この解決方法では、回路規模が大きくなり、電源回路の消費電力も大きくなる。寄生キャパシタと抵抗自身が持つ抵抗値によって、抵抗の電位が安定するまでに必要な時間が制限されるため、高速な動作も困難となる。
　電源回路の消費電力や回路規模を増大しない解決方法としては、集積回路の外部に参照電圧＋Ｖｒｅｆ及び－Ｖｒｅｆにそれぞれ接続した大容量のキャパシタを配置する方法が考えられる。しかしながら、この解決方法は、大容量のキャパシタを必要とするため、集積回路の内部に実装する場合には同一の集積回路上に実現すると製造のコストの増大を招き、集積回路の外部にキャパシタを配置すると外付け容量とそれを接続するための外部ピンが必要となるため、やはりコストが増大する。さらに、外部ピンを経由して参照電圧＋Ｖｒｅｆ及び－Ｖｒｅｆに接続されるため、寄生成分（寄生インダクタンスや寄生抵抗等）の影響を避けられず高速動作を制限し、高速動作を実現できない場合がある。
　また、図５に示すＡ／Ｄコンバータにおいては、第１の抵抗３４１と第２の抵抗５４１との抵抗値のマッチングの精度が、Ａ／Ｄコンバータの性能に影響を与える。第１の抵抗３４１と第２の抵抗５４１との抵抗値のマッチングの精度を高めるには、抵抗素子の面積を大きくする必要がある。抵抗素子の面積を大きくすることによって、抵抗素子が持つ寄生キャパシタも増大する。このため、例えば、第１の抵抗３４１の一端の電位が＋Ｖｒｅｆから－Ｖｒｅｆに変動する場合に、第１の抵抗３４１の寄生キャパシタと－Ｖｒｅｆを供給する電源回路との間での電荷の充放電がさらに増大する。このため、電源回路の過渡的な電流供給能力を大きくする必要があり、消費電力や回路規模が増大する。
　本発明の一実施形態として、第１端子と第２端子とを有し前記第１端子を介して供給される電圧を積分する積分回路と、第１参照電圧を第１抵抗の一端に供給してその他端に得られる第１電圧を、前記第１端子または前記第２端子へ交互に供給する第１ＤＡＣ部と、第２参照電圧を第２抵抗の一端に供給してその他端に得られる第２電圧を、前記第２端子または前記第１端子へ交互に供給する第２ＤＡＣ部と、を備え、前記第１ＤＡＣ部が前記第１電圧を前記第１端子に供給するときには、前記第２ＤＡＣ部は前記第２電圧を前記第２端子に供給し、前記第１ＤＡＣ部が前記第１電圧を前記第２端子に供給するときには、前記第２ＤＡＣ部は前記第２電圧を前記第１端子に供給するシグマデルタ変調器が提供される。
　また、本発明の一実施形態として、第１端子と第２端子とを有し前記第１端子と前記第２端子とを介して供給されるそれぞれの電圧を積分する積分回路と、第１参照電圧を第１抵抗の一端に供給してその他端に得られる第１電圧と第２参照電圧を第２抵抗の一端に供給してその他端に得られる第２電圧とを交互に、前記第１端子へ供給する第１ＤＡＣ部と、前記第２参照電圧を第３抵抗の一端に供給してその他端に得られる第３電圧と前記第１参照電圧を第４抵抗の一端に供給してその他端に得られる第４電圧とを交互に、前記第２端子へ供給する第２ＤＡＣ部と、前記第２抵抗の前記他端と前記第４抵抗の前記他端との間をオン状態またはオフ状態とする第１スイッチと、前記第１抵抗の前記他端と前記第３抵抗の前記他端との間をオン状態またはオフ状態とする第２スイッチとを備え、前記第１ＤＡＣ部が前記第１電圧を前記第１端子へ供給するとき、前記第２ＤＡＣ部は、前記第３電圧を前記第２端子へ供給し、前記第１スイッチはオン状態となり、前記第２スイッチはオフ状態となり、前記第１ＤＡＣ部が前記第２電圧を前記第１端子へ供給するとき、前記第２ＤＡＣ部は、前記第４電圧を前記第２端子へ供給し、前記第１スイッチはオフ状態となり、前記第２スイッチはオン状態となるシグマデルタ変調器が提供される。
　本発明に係るシグマデルタ変調器は、従来のシグマデルタ変調器よりも電源回路を小型化し消費電力を小さくすることができる。また、本発明に係るシグマデルタ変調器は、従来のシグマデルタ変調器よりも高速動作に適する。
本発明の実施形態１に係るシグマデルタ変調器を用いて構成されるＡ／Ｄコンバータの回路図 本発明の実施形態１の実施例としてのシグマデルタ変調器を用いて構成されるＡ／Ｄコンバータの回路図 本発明の実施形態２に係るシグマデルタ変調器を用いて構成されるＡ／Ｄコンバータの回路図 本発明の実施形態３に係るシグマデルタ変調器を用いて構成されるＡ／Ｄコンバータの回路図 従来のシグマデルタ変調器を用いるＡ／Ｄコンバータの回路図 従来のシグマデルタ変調器を用いるＡ／Ｄコンバータの回路図
　以下、本発明を実施するための形態を実施形態として説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定して解釈されることはなく、種々の変形を加えて、例えば、高次のシグマデルタ変調器にて実施することが可能である。図面において、同じまたは同様の役割、特性の素子などには同じ符号を付することにする。ただし、異なる符号が付されていることは、異なる役割、特性であるとは限らない。
　（実施形態１）
　図１は、本発明の実施形態１に係るシグマデルタ変調器を用いて構成されるＡ／Ｄコンバータの回路図を示す。図１に示すＡ／Ｄコンバータは、シグマデルタ変調器１と、フィルタ９と、を有する。
　シグマデルタ変調器１は、デジタル信号ψによって極性が制御される第１参照電圧（＋Ｖｒｅｆ）及び第２参照電圧（－Ｖｒｅｆ）と、入力電圧＋Ｖｉｎ及び－Ｖｉｎと、をそれぞれ積分し、それを量子化することにより、２値（又は多値）のデジタル信号ψを出力する。シグマデルタ変調器１は、積分回路１０と、比較器７０と、第１ＤＡＣ部３０と、第２ＤＡＣ部５０とを有する。
　積分回路１０は、全差動増幅器１０１と、第１キャパシタ１０７と、第２キャパシタ１０９と、第１入力抵抗１０３と、第２入力抵抗１０５と、を有する。
　全差動増幅器１０１は、入力端子として非反転入力端子と反転入力端子とを有し、出力端子として、反転出力端子と非反転出力端子とを有する。
　第１キャパシタ１０７は、全差動増幅器１０１の反転出力端子と非反転入力端子とに接続され、反転出力端子の信号を非反転入力端子へ帰還する。第２キャパシタ１０９は、全差動増幅器１０１の非反転出力端子と反転入力端子とに接続され、非反転出力端子の信号を反転入力端子へ帰還する。
　第１入力抵抗１０３の一端と第２入力抵抗１０５の一端とが、積分回路１０の２つの入力端子となる。また、全差動増幅器１０１の反転出力端子と非反転出力端子とに出力される信号の電圧が積分結果として、比較器７０に出力される。
　第１入力抵抗１０３は、一端に入力電圧＋Ｖｉｎが供給され、他端が全差動増幅器１０５の非反転入力端子に接続される。また、第２入力抵抗１０５は、一端に入力電圧－Ｖｉｎが供給され、他端に全差動増幅器１０１の反転入力端子に接続される。なお、第１入力抵抗１０３の抵抗値は、第２入力抵抗１０５の抵抗値と同じであることが好ましい。
　第１ＤＡＣ部３０は、第１参照電圧が第１抵抗３０５の一端に供給された場合に、その他端に得られる電圧（第１電圧）を積分回路１０に設けられた全差動増幅器１０１の２つの入力端子へ交互に供給する。言い換えると、第１抵抗３０５の一端には、第１参照電圧が供給される。そして、第１抵抗３０５の他端が、積分回路１０に設けられた全差動増幅器１０１の２つの入力端子に交互に接続される。例えば、第１ＤＡＣ部３０は、デジタル信号ψが“Ｈ”であれば、第１抵抗３０５の他端に得られる電圧を、積分回路１０に設けられた全差動増幅器１０１の一方の入力端子に、供給し、他方の入力端子には供給しない。また、デジタル信号ψが“Ｌ”であれば、第１抵抗３０５の他端に得られる電圧を、積分回路１０に設けられた全差動増幅器１０１の他方の入力端子に、供給し、一方の入力端子には供給しない。
　なお、第１参照電圧が第１抵抗３０５の一端に供給された場合に、その他端に得られる電圧（第１電圧）は、第１参照電圧と第２参照電圧との間のほぼ中間的な電圧値となる。
　具体的には例えば、第１ＤＡＣ部３０は、第１スイッチ３０１と、第２スイッチ３０３と、第１抵抗３０５とを有する。第１抵抗３０５の一端には、第１参照電圧が供給され、その他端は、第１スイッチ３０１の一端と第２スイッチ３０３の一端とに接続される。第１スイッチ３０１の他端は、全差動増幅器１０１の非反転入力端子に接続される。また、第２スイッチ３０３の他端は、全差動増幅器１０１の反転入力端子に接続される。すなわち、第１スイッチ３０１は、第１電圧を反転入力端子へ供給する配線に設けられる。また、第２スイッチ３０３は、第１電圧を非反転入力端子へ供給する配線に設けられる。したがって、第１スイッチ３０１は、第１電圧の反転入力端子への供給を制御する。第２スイッチ３０３は、第１電圧の非反転入力端子への供給を制御する。
　第１スイッチ３０１の他端と全差動増幅器１０１の非反転入力端子との接続抵抗は、第１抵抗３０５の抵抗値よりも小さいのが好ましい。また、第２スイッチ３０３の他端と全差動増幅器１０１の反転入力端子との接続抵抗は、第１抵抗３０５の抵抗値よりも小さいのが好ましい。第１スイッチ３０１と第２スイッチ３０３とのオン抵抗のそれぞれは、一般的に非線形性を有するため、非線形性の影響を低減するために、第１抵抗３０５の抵抗値と比較して小さいことが望ましいためである。
　第１スイッチ３０１がオン状態であるときには、第２スイッチ３０３は、オフ状態となる。また、第１スイッチ３０１がオフ状態であるときには、第２スイッチ３０３は、オン状態となる。すなわち、第１スイッチ３０１と第２スイッチ３０３とは、状態が相補的となる。例えば、第１スイッチ３０１が、デジタル信号ψに従って、オン状態とオフ状態との間を遷移する場合、第２スイッチ３０３は、デジタル信号ψの反転信号に従って、オン状態とオフ状態との間を遷移する。
　第２ＤＡＣ部５０は、第２参照電圧が第２抵抗５０５の一端に供給された場合に、その他端に得られる電圧（第２電圧）を全差動増幅器１０１の２つの入力端子へ交互に供給する。言い換えると、第２抵抗５０５の一端には、第２参照電圧が供給される。そして、第２抵抗５０５の他端が、全差動増幅器１０１の２つの入力端子に交互に接続される。
　ただし、第１ＤＡＣ部３０が、第１電圧を全差動増幅器１０１の入力端子の一方に供給すると、第２ＤＡＣ部５０は、第２電圧を全差動増幅器１０１の入力端子の他方に供給する。また、第１ＤＡＣ部３０が、第１電圧を全差動増幅器１０１の入力端子の他方に供給すると、第２ＤＡＣ部５０は、第２電圧を全差動増幅器１０１の入力端子の一方に供給する。すなわち、第１ＤＡＣ部３０と第２ＤＡＣ部５０とは、同時に全差動増幅器１０１の同じ入力端子に第１電圧と第２電圧とを供給しないように制御される。例えば、第１ＤＡＣ部３０は、デジタル信号ψが“Ｈ”であれば、第１抵抗３０５の他端に得られる電圧を全差動増幅器１０１の一方の入力端子に供給するが、他方の入力端子には供給しない。また、第１ＤＡＣ部３０は、デジタル信号ψが“Ｌ”であれば、第１抵抗３０５の他端に得られる電圧を全差動増幅器１０１の他方の入力端子に供給するが、一方の入力端子には供給しない。
　具体的に例えば、第２ＤＡＣ部５０は、第３スイッチ５０１と、第４スイッチ５０３と、第２抵抗５０５とを有する。第２抵抗５０５の一端には、参照電圧－Ｖｒｅｆが供給され、その他端は、第３スイッチ５０１の一端と第４スイッチ５０３の一端とに接続される。第３スイッチ５０１の他端は、全差動増幅器１０１の反転入力端子に接続される。また、第４スイッチ５０３の他端は、全差動増幅器１０１の非反転入力端子に接続される。すなわち、第３スイッチ５０１は、第２電圧を反転入力端子へ供給する配線に設けられる。また、第４スイッチ５０３は、第２電圧を非反転入力端子へ供給する配線に設けられる。したがって、第３スイッチ５０１は、第２電圧の反転入力端子への供給を制御する。第４スイッチ５０３は、第２電圧の非反転入力端子への供給を制御する。
　第３スイッチ５０１の他端と全差動増幅器１０１の反転入力端子との接続抵抗は、第２抵抗５０５の抵抗値よりも小さいのが好ましい。また、第４スイッチ５０３の他端と全差動増幅器１０１の非反転入力端子との接続抵抗は、第２抵抗５０５の抵抗値よりも小さいのが好ましい。上述した第１スイッチ３０１及び第２スイッチ３０３と同様に、第３スイッチ５０１と第４スイッチ５０３とのオン抵抗のそれぞれは、一般的に非線形性を有するため、非線形性の影響を低減するために第２抵抗に比べて小さいことが望ましいためである。
　第３スイッチ５０１がオン状態であるときには、第４スイッチ５０３はオフ状態となる。また、第３スイッチ５０１がオフ状態であるときには、第４スイッチ５０３はオン状態となる。すなわち、第３スイッチ５０１と第４スイッチ５０３とは、状態が相補的となる。
　また、第１スイッチ３０１がオン状態であるときには、第３スイッチ５０１もオン状態となる。また、第１スイッチ３０１がオフ状態であるときには、第３スイッチ５０１もオフ状態となる。すなわち、第１スイッチ３０１と第３スイッチ５０１とは同期的となる。
　同様に、第２スイッチ３０３と第４スイッチ５０３とは同期的となる。例えば、第３スイッチ５０１は、デジタル信号ψに従って、オン状態とオフ状態との間を遷移する場合には、第４スイッチ５０３は、デジタル信号ψの反転信号に従って、オン状態とオフ状態との間を遷移する。したがって、第３スイッチ５０１がオン状態にあれば、第４スイッチ５０３はオフ状態となる。また、第３スイッチ５０１がオフ状態にあれば、第４スイッチ５０３はオン状態となる。
　なお、第１抵抗３０５の抵抗値は、第２抵抗５０５の抵抗値と同じであることが望ましい。
　このような構成により、第１参照電圧（＋Ｖｒｅｆ）が第１抵抗３０５の一端に供給されることにより、その他端に得られる電圧（第１電圧）は、全差動増幅器１０１の非反転入力端子と反転入力端子とに交互に供給される。また、第２参照電圧（－Ｖｒｅｆ）が第２抵抗５０５の一端に供給されることにより、その他端に得られる電圧（第２電圧）は、全差動増幅器１０１の非反転入力端子と反転入力端子とに交互に供給される。このとき、第１電圧が、全差動増幅器１０１の非反転入力端子に供給されるときには、第２電圧は、全差動増幅器１０１の反転入力端子に供給される。また、第１電圧が、全差動増幅器１０１の反転入力端子に供給されるときには、第２電圧は、全差動増幅器１０１の非反転入力端子に供給される。
　全差動増幅器１０１の非反転入力端子と反転入力端子とは仮想接地がされるので、非反転入力端子の電圧と反転入力端子との電圧は略等しい。したがって第１電圧が全差動増幅器１０１の非反転入力端子と反転入力端子とに交互に供給されても、第１抵抗３０５の他端の電圧はほぼ一定である。また、第１抵抗３０５の一端には、参照電圧＋Ｖｒｅｆが供給されている。したがって、第１ＤＡＣ部３０が、積分回路１０に設けられた全差動増幅器１０１の２つの入力端子の一方から他方へ第１電圧の供給を切り替えても、第１抵抗３０５の両端の電圧はほぼ一定に保たれる。したがって、第１抵抗３０５が寄生容量を有していたとしても、寄生容量が電源回路に与える影響を従来技術よりも小さくすることができる。このため、参照電圧＋Ｖｒｅｆを供給する電源回路の応答速度や消費電力、さらには、面積を従来よりも小さくしても、参照電圧＋Ｖｒｅｆの変動が大きくなることを防ぐことができる。また、デジタル信号ψの時間あたりの遷移回数を増加させることができ、高速動作も可能となる。
　同様に、第２電圧が、全差動増幅器１０１の反転入力端子と非反転入力端子とに交互に供給されても、第２抵抗５０５の他端の電圧はほぼ一定である。また、第２抵抗５０５の一端には、第２参照電圧－Ｖｒｅｆが供給されている。したがって、第２ＤＡＣ部５０が、積分回路１０に設けられた全差動増幅器１０１の２つの入力端子の一方から他方へ第２電圧の供給の先を切り替えても第２抵抗５０５の両端の電圧はほぼ一定に保たれる。したがって、第２抵抗５０５が寄生容量を有していたとしても、その寄生容量が電源回路に与える影響を従来技術よりも小さくすることができる。このため、参照電圧－Ｖｒｅｆを供給する電源回路の応答速度や消費電力、さらには、面積を従来よりも小さくしても、参照電圧－Ｖｒｅｆの変動が大きくなることを防ぐことができる。また、信号ψの時間あたりの遷移回数を増加させることができ、高速動作も可能となる。
　（実施形態１の変形例）
　図２は、図１に示した本実施形態の実施例に係るシグマデルタ変調器を用いて構成されるＡ／Ｄコンバータの回路図を示す。図２においては、図１に示された第１スイッチ３０１、第２スイッチ３０３、第３スイッチ５０１、第４スイッチ５０３が、それぞれ、トランジスタ３２１、トランジスタ３２３、トランジスタ５２１、トランジスタ５２３を用いて実現されている。
　トランジスタ３２１、トランジスタ３２３、トランジスタ５２１、トランジスタ５２３としては、ｎＭＯＳを用いることが好ましい（ただし、電位のレベルによってはｐＭＯＳが好ましい場合もある）。ｎＭＯＳによって形成することにより、スイッチのオン抵抗が下がり、これにより、スイッチを小さくすることができる。さらに、スイッチが小さくなることにより寄生容量が減り、積分回路の出力の誤差を発生させる要因となるフィードスルーやチャージインジェクションの影響を低減できるため、高速な動作が可能となる。また、トランジスタ３２１、トランジスタ３２３、トランジスタ５２１、トランジスタ５２３として、ｐＭＯＳを用いることもできる。
　本変形例では、トランジスタ３２１およびトランジスタ３２３のオン抵抗が第１抵抗および第２抵抗の抵抗値と比較して十分小さい場合に、それらのソースおよびドレインの電圧はほぼ同一となるので、トランジスタ３２１およびトランジスタ３２３が、それぞれオン状態になった場合の抵抗はほぼ同じとなる。これにより、トランジスタ３２１がオン状態になった場合の、第１抵抗３０５の一端から全差動増幅器１０１の非反転入力端子までの電気抵抗と、トランジスタ３２３がオン状態になった場合の第１抵抗３０５の一端から全差動増幅器１０１反転入力端子までの電気抵抗とをほぼ同一とすることができる。
　同様に、トランジスタ５２１がオン状態になった場合の、第２抵抗５０５の一端から全差動増幅器１０１の反転入力端子までの電気抵抗と、トランジスタ５２３がオン状態になった場合の第１抵抗３０５の一端から全差動増幅器１０１非反転入力端子までの電気抵抗とをほぼ同一とすることができる。これにより、第１参照電圧を供給する電源回路と非反転入力端子との間の電気抵抗、第１参照電圧を供給する電源回路と反転入力端子との間の電気抵抗、第２参照電圧を供給する電源回路と非反転入力端子との間の電気抵抗および第２参照電圧を供給する電源回路と反転入力端子との間の電気抵抗のマッチングの精度を高めることができる。
　また、全差動アンプの非反転入力端子に参照電圧を供給するトランジスタ３２１とトランジスタ５２３との一方がオン状態であれば他方はオフ状態となるので、スイッチのフィールドスルーやチャージインジェクションがトランジスタ３２１とトランジスタ５２３の間で相殺され影響を低減できる。同様に、全差動アンプの反転入力端子に参照電圧を供給するトランジスタ３２３とトランジスタ５２１との一方がオン状態であれば他方はオフ状態となるので、スイッチのフィールドスルーやチャージインジェクションの影響が低減でき高精度化に寄与する。
　なお、トランジスタ３２１とトランジスタ５２３とをｎＭＯＳおよびｐＭＯＳの並列接続で構成されるＣＭＯＳスイッチとしてそれぞれ構成することができる。この場合に、1組のＣＭＯＳスイッチを構成するｎＭＯＳとｐＭＯＳのゲートにそれぞれ入力される制御信号は相補的な極性となる。また、トランジスタ３２３とトランジスタ５２１とをｎＭＯＳおよびｐＭＯＳの並列接続で構成されるＣＭＯＳスイッチとしてそれぞれ構成することができる。
　以上のように、本実施形態により、参照電圧が供給される抵抗の寄生容量による充放電が電源回路に与える影響を、従来技術におけるよりも、小さくすることができる。これにより、電源回路の応答速度、消費電力、面積を従来よりも小さくしても、参照電圧の変動が大きくなることを防止でき、より高速動作も可能なシグマデルタ変調器が提供される。
　（実施形態２）
　図３は、本発明の実施形態２に係るシグマデルタ変調器を用いて構成されるＡ／Ｄコンバータの回路図を示す。図３に示すＡ／Ｄコンバータは、シグマデルタ変調器３と、フィルタ９と、を有する。
　シグマデルタ変調器３は、参照電圧＋Ｖｒｅｆ及び－Ｖｒｅｆと、入力電圧＋Ｖｉｎ及び－Ｖｉｎとにより得られる電圧をそれぞれ積分し、デジタル信号を出力する。シグマデルタ変調器３は、積分回路１５と、ＤＡＣ部４０と、を有する。また、ＤＡＣ部４０は、第１ＤＡＣ部と第２ＤＡＣ部とを有する。
　ここで、第１～第４電圧を次のように定義する。第１参照電圧（＋Ｖｒｅｆ）が第１抵抗４１３の一端に供給された場合に、その他端に得られる電圧を第１電圧と定義する。第２参照電圧（－Ｖｒｅｆ）が第２抵抗４１７の一端に供給された場合に、その他端に得られる電圧を第２電圧と定義する。第２参照電圧が第３抵抗４１９の一端に供給された場合に、その他端に得られる電圧を第３電圧と定義する。第１参照電圧が第４抵抗４１５に供給された場合に、その他端に得られる電圧を第４電圧と定義する。
　このとき、第１ＤＡＣ部は、第１電圧と第２電圧とを交互に、積分回路１０に設けられた全差動増幅器１０１の入力端子の一方に供給する。また、第２ＤＡＣ部は、第３電圧と第４電圧とを交互に、積分回路１０に設けられた全差動増幅器１０１の入力端子の他方に供給する。そして、第１ＤＡＣ部が第１電圧を積分回路１０に設けられた全差動増幅器１０１の入力端子の一方に供給するとき、第２ＤＡＣ部は、第３電圧を積分回路１０に設けられた全差動増幅器１０１の入力端子の他方に供給する。また、第１ＤＡＣ部が第２電圧を積分回路１０に設けられた全差動増幅器１０１の入力端子の一方に供給するとき、第２ＤＡＣ部は、第４電圧を積分回路１０に設けられた全差動増幅器１０１の入力端子の他方に供給する。
　第１スイッチ４０９は、第１ＤＡＣ部が第１電圧を全差動増幅器１０１の入力端子の一方に供給するとき、第２抵抗４１７の他端と第４抵抗４１５との他端とを接続し、第１ＤＡＣ部が第２電圧を全差動増幅器１０１の入力端子の一方に供給するとき、第２抵抗４１７の他端と第４抵抗４１５との他端とを接続しない。
　第２スイッチ４１１は、第１ＤＡＣ部が第１電圧を全差動増幅器１０１の入力端子の一方に供給するとき、第１抵抗４１３の他端と第３抵抗４１９の他端とを接続せず、第１ＤＡＣ部が第２電圧を全差動増幅器１０１の入力端子の一方に供給するとき、第１抵抗４１３の他端と第３抵抗４１９の他端とを接続する。
　第１ＤＡＣ部は、図３に示すように、第３スイッチ４０１、第４スイッチ４０５、第１抵抗４１３、第２抵抗４１７と、を有する。また、第２ＤＡＣ部は、図３に示すように、第５スイッチ４０３、第６スイッチ４０７、第３抵抗４１９、第４抵抗４１５と、を有する。
　第１抵抗４１３の一端には、第１参照電圧（＋Ｖｒｅｆ）が供給される。第１抵抗４１３の他端は、第３スイッチ４０１の一端と、第２スイッチ４１１の一端とに接続される。第２抵抗４１７の一端には、第２参照電圧（－Ｖｒｅｆ）が供給される。第２抵抗４１７の他端は、第４スイッチ４０５の一端と、第１スイッチ４０９の一端とに接続される。第３抵抗４１９の一端には、第２参照電圧が供給される。第３抵抗４１９の他端は、第５スイッチ４０３の一端と、第２スイッチ４１１の他端とに接続される。第４抵抗４１５の一端には、第１参照電圧が供給される。第４抵抗４１５の他端は、第６スイッチ４０７の一端と、第１スイッチ４０９の他端とに接続される。
　すなわち、第３スイッチ４０１は、第１電圧を非反転入力端子へ供給する配線に設けられる。第４スイッチ４０５は、第２電圧を非反転入力端子へ供給する配線に設けられる。第５スイッチ４０３は、第３電圧を反転入力端子へ供給する配線に設けられる。第６スイッチ４０７は、第４電圧を反転入力端子へ供給する配線に設けられる。したがって、第３スイッチ４０１は、第１電圧の、非反転入力端子への、供給を制御する。また、第４スイッチ４０５は、第２電圧の、非反転入力端子への、供給を制御する。また、第５スイッチ４０３は、第３電圧の、反転入力端子への、供給を制御する。第６スイッチ４０７は、第４電圧の、反転入力端子への、供給を制御する。
　なお、第３スイッチ４０１の他端と非反転入力端子との間の接続抵抗は、第１抵抗４１３の抵抗値よりも小さいのが好ましい。第４スイッチ４０５の他端と非反転入力端子との間の接続抵抗は第２抵抗４１７の抵抗値よりも小さいのが好ましい。第５スイッチ４０３の他端と反転入力端子との間の接続抵抗は、第３抵抗４１９の抵抗値よりも小さいのが好ましい。第６スイッチ４０７の他端と非反転入力端子との間の接続抵抗は第４抵抗４１５の抵抗値よりも小さいのが好ましい。第３スイッチ４０１、第４スイッチ４０５、第５スイッチ４０３及び第６スイッチ４０７のオン抵抗のそれぞれは、一般的に非線形性を有するため、非線形性の影響を低減するためにスイッチのオン抵抗が小さいことが望ましいためである。
　このとき、第３スイッチ４０１がオン状態であるときには、第４スイッチ４０５はオフ状態となり、第５スイッチ４０３はオン状態となり、第６スイッチ４０７はオフ状態となり、第１スイッチ４０９はオン状態となり、第２スイッチ４１１はオフ状態となる。また、第３スイッチ４０１がオフ状態であるときには、第４スイッチ４０５はオン状態となり、第５スイッチ４０３はオフ状態となり、第６スイッチ４０７はオン状態となり、第１スイッチ４０９はオフ状態となり、第２スイッチ４１１はオン状態となる。
　なお、第１抵抗４１３の抵抗値は、第３抵抗４１９の抵抗値と同じであることが好ましい。また、第２抵抗４１７の抵抗値は、第４抵抗４１５の抵抗値と同じであることが好ましい。また、第１抵抗４１３、第３抵抗４１９、第２抵抗４１７及び第４抵抗４１５全ての抵抗値が同じであることが好ましい。
　例えば、第３スイッチ４０１が、デジタル信号ψに従って、オン状態とオフ状態との間を遷移する場合、第４スイッチ４０５は、デジタル信号ψの反転信号に従って、オン状態とオフ状態との間を遷移する。
　また、第５スイッチ４０３が、デジタル信号ψに従って、オン状態とオフ状態との間を遷移し、第６スイッチ４０７は、デジタル信号ψの反転信号に従って、オン状態とオフ状態との間を遷移する。従って、第３スイッチ４０１と第５スイッチ４０３とは同期的であり、第４スイッチ４０５と第６スイッチ４０７とは同期的である。しかし、第３スイッチ４０１と第４スイッチ４０５とは相補的な関係にある。また、第５スイッチ４０３と第６スイッチ４０７とも相補的な関係にある。このように全てのスイッチが同期して動作することにより、第１の参照電圧及び第２の参照電圧が積分回路に帰還される。
　図３に示すように、第１スイッチ４０９の一端は、第２抵抗４１９の他端に接続され、その他端は、第４抵抗４１５の他端に接続される。また、第２スイッチ４１１の一端は、第１抵抗４１３の他端に接続され、その他端は、第３抵抗４１９の一端に接続される。第１スイッチ４０９は、信号ψに従って、オン状態とオフ状態との間を遷移し、第２スイッチ４１１は、信号ψの反転信号に従って、オン状態とオフ状態との間を遷移する。したがって、第１スイッチ４０９と第２スイッチ４１１とは、相補的な関係にある。また、第１スイッチ４０９の状態は、第３スイッチ４０１と第５スイッチ４０３と、同じ状態にすることができる。同様に、第２スイッチ４１１の状態は、第４スイッチ４０５と第６スイッチ４０７と、同じ状態にすることができる。
　本実施形態においては、第３スイッチ４０１と第５スイッチ４０３とが、オン状態になると、第４スイッチ４０５と第６スイッチ４０７とが、オフ状態になる。また、第１スイッチ４０９は、オン状態になる。第２スイッチ４１１は、オフ状態になる。したがって、この状態では、第２抵抗４１７の他端と第４抵抗４１５の他端とが接続され、それらの他端の電圧が＋Ｖｒｅｆと－Ｖｒｅｆとの中間の電圧となる。また、全差動増幅器１０１の非反転入力と反転入力とは、仮想接地により、略等しい電圧となるので、第１抵抗４１３の他端の電圧と第３抵抗４１９の他端と電圧も、＋Ｖｒｅｆと－Ｖｒｅｆとの中間の電圧となる。
　一方、デジタル信号ψの論理が変化し、第３スイッチ４０１と第５スイッチ４０３とがオフ状態になると、第４スイッチ４０５と第６スイッチ４０７とはオン状態になる。また、第１スイッチ４０９はオフ状態になる。第２スイッチ４１１はオン状態となる。したがって、第１抵抗４１３の他端の電圧と第３抵抗４１９の他端の電圧とは、＋Ｖｒｅｆと－Ｖｒｅｆとの中間の電圧となる。また、第２抵抗４１７の他端の電圧及び第４抵抗４１５の他端の電圧も、仮想接地により、＋Ｖｒｅｆと－Ｖｒｅｆとの中間の電圧となる。
　したがって、本実施形態においては、デジタル信号ψの論理変化により、第１～第６スイッチのオン状態とオフ状態との遷移が発生しても、第１～第４抵抗の他端の電圧は、遷移前の電位とほぼ同じなので、＋Ｖｒｅｆと－Ｖｒｅｆとの中間の電圧に維持される。
　すなわち、第１～第４抵抗の他端の電圧の変化を小さくすることができる。このため、寄生容量により発生する第１～第４抵抗と電源回路とを移動する電荷量を、従来技術よりも小さくすることができる。したがって、第１～第４抵抗が寄生容量を有していたとしても、その寄生容量が電源回路に与える影響を、従来技術におけるよりも、小さくすることができる。これにより、電源回路の容量を従来よりも小さくしても、参照電圧の変動が大きくなることを防止でき、より高速な動作も可能なシグマデルタ変調器が提供される。
　なお、第１～第６スイッチは、実施形態１で説明したように、トランジスタを用いて構成することができる。また、これらのトランジスタとしてｎＭＯＳやｐＭＯＳを用いることができる。また、第１スイッチ４０９および第２のスイッチ４１１のオン抵抗は、第３スイッチ４０１、第５スイッチ４０３、第４スイッチ４０５、第６スイッチ４０７のオン抵抗の２倍であることが好適である。あるいは、第１スイッチ４０９および第２のスイッチ４１１は、第３スイッチ４０１、第５スイッチ４０３、第４スイッチ４０５、第６スイッチ４０７と同一のものを直列に２個並べたものが好適である。スイッチの特性を合わせて抵抗の両端に現れる電圧が同等になるようにすること、また、チャージインジェクションやフィードスルーの影響を相殺して小さくすること、が可能となるからである。
　（実施形態３）
　図４は、本発明の実施形態３に係るシグマデルタ変調器を用いて構成されるＡ／Ｄコンバータの回路図を示す。図４に回路図を示すＡ／Ｄコンバータは、シグマデルタ変調器４と、フィルタ９と、を有する。ここで、シグマデルタ変調器４が出力する積分値は１つであり、比較器７０には、その積分値と、所定の電圧とを比較する。
　シグマデルタ変調器４は、参照電圧＋Ｖｒｅｆ、－Ｖｒｅｆを用いながら入力電圧＋Ｖｉｎより得られる電圧を積分し、デジタル信号ψを出力する。シグマデルタ変調器４は、積分回路２０と、ＤＡＣ部６０とを有している。
　積分回路２０は、差動増幅器２０１とキャパシタ２０７とを有する。差動増幅器２０１は、入力端子として非反転入力端子と反転入力端子とを有する。キャパシタ２０７は、差動増幅器２０１の出力の信号が反転入力端子に帰還するように差動増幅器２０１に接続されている。
　入力抵抗２０５は、一端に入力電圧Ｖｉｎが供給され、他端が差動増幅器２０１の反転入力端子に接続される。
　ＤＡＣ部６０は、第１ＤＡＣ部と第２ＤＡＣ部とを有する。第１ＤＡＣ部は、第１参照電圧(＋Ｖｒｅｆ)が第１抵抗６０９の一端に供給された場合に、その他端に得られる電圧（第１電圧）を積分回路２０に設けられた差動増幅器２０１の２つの入力端子に交互に供給する。また、第２ＤＡＣ部は、第２参照電圧（－Ｖｒｅｆ）が第２抵抗６１１の一端に供給された場合に、その他端に得られる電圧（第２電圧）を積分回路２０に設けられた差動増幅器２０１の２つの入力端子に交互に供給する。ただし、第１ＤＡＣ部と第２ＤＡＣ部とは、積分回路２０の異なる入力端子に第１電圧と第２電圧とを供給するように制御される。
　第１ＤＡＣ部の具体的な構成としては、第１スイッチ６０１と、第２スイッチ６０７と、第１抵抗６０９とを有する構成がある。また、第２ＤＡＣ部の具体的な構成としては、第３スイッチ６０３と、第４スイッチ６０５と、第２抵抗６１１とを有する構成がある。
　第１抵抗６０９の一端には、参照電圧＋Ｖｒｅｆが供給される。第１抵抗６０９の他端は、第１スイッチ６０１の一端と第２スイッチ６０７の一端とに接続される。第２抵抗６１１の一端には、参照電圧－Ｖｒｅｆが供給される。第２抵抗６１１の他端は、第３スイッチ６０３の一端と第４スイッチ６０５の一端とに接続される。なお、第１抵抗６０９の抵抗値は、第２抵抗６１１の抵抗値と同じであることが好ましい。
　第１スイッチ６０１の他端は、差動増幅器２０１の反転入力端子に接続される。第２スイッチ６０７の他端は、差動増幅器２０１の非反転入力端子に接続される。第３スイッチ６０３の他端は、差動増幅器２０１の反転入力端子に接続される。第４スイッチ６０５の他端は、差動増幅器２０１の非反転入力端子に接続される。第１スイッチ６０１の他端と差動増幅器２０１の反転入力端子との接続抵抗および第２スイッチ６０７の他端と差動増幅器２０１の非反転入力端子との接続抵抗の抵抗値は、第１抵抗６０９より小さいのが好ましい。第３スイッチ６０３の他端と差動増幅器２０１の反転入力端子との接続抵抗および第４スイッチ６０５の他端と差動増幅器２０１の非反転入力端子との接続抵抗の抵抗値は、第１抵抗６０９より小さいのが好ましい。第１スイッチ６０１、第２スイッチ６０７、第３スイッチ６０３及び第４スイッチ６０５のオン抵抗は、一般的に非線形性を有するため、非線形性の影響を低減するためにスイッチのオン抵抗が小さいことが望ましいためである。
　したがって、第１スイッチ６０１は、第１電圧を反転入力端子へ供給する配線に設けられている。これにより、第１スイッチ６０１は、第１電圧の反転入力端子への供給を制御する。また、第３スイッチ６０３は、第２電圧を非反転入力端子へ供給する配線に設けられている。これにより、第３スイッチ６０３は、第２電圧の非反転入力端子への供給を制御する。
　第１スイッチ６０１が、例えばデジタル信号ψに従って、オン状態とオフ状態との間を遷移する場合、第２スイッチ６０７は、デジタル信号ψの反転信号に従って、オン状態とオフ状態との間を遷移する。したがって、第１スイッチ６０１と第２スイッチ６０７とは、相補的な関係にある。
　また、第３スイッチ６０３が、デジタル信号ψの反転信号に従って、オン状態とオフ状態との間を遷移し、第４スイッチ６０５は、デジタル信号ψに従って、オン状態とオフ状態との間を遷移する。したがって、第３スイッチ６０３と第４スイッチ６０５とは、相補的な関係にある。また、第３スイッチ６０３は、第１スイッチ６０１と相補的な関係にある。第４スイッチ６０５は、第２スイッチ６０７と相補的な関係にある。
　本実施形態においては、第１スイッチ６０１と第４スイッチ６０５とがオン状態になると、第３スイッチ６０３と第２スイッチ６０７とはオフ状態になる。したがって、第２抵抗６１１の他端の電圧は、差動増幅器２０１の非反転入力端子の電圧と等しくなる。仮想接地により、第２抵抗６１１の他端の電圧は、差動増幅器２０１の反転入力端子の電圧とほぼ等しくなる。結果として、第２抵抗６１１の他端の電圧は、第１抵抗６０９の他端の電圧と略等しくなる。
　一方、デジタル信号ψの論理が変化し、第１スイッチ６０１と第４スイッチ６０５とがオフ状態になると、第２スイッチ６０７と第３スイッチ６０３とはオン状態になる。したがって、この場合でも、第２抵抗６１１の他端の電圧は、差動増幅器２０１の反転入力端子の電圧と略等しくなり、仮想接地により、差動増幅器２０１の非反転入力端子の電圧と略等しくなる。結果として、第２抵抗６１１の他端の電圧は、第１抵抗６０９の他端の電圧とほぼ等しくなる。
　したがって、本実施形態においては、実施形態２と同様に、第１抵抗６０９の他端と第２抵抗６１１の他端との電圧がほぼ等しい状態が維持される。したがって、抵抗の寄生成分に伴う第１抵抗６０９および第２抵抗６１１と電源回路との間を移動する電荷量を小さくすることができる。したがって、第１抵抗６０９と第２抵抗６１１とが寄生容量を有していたとしても、それらの寄生容量が電源回路に与える影響を従来技術よりも小さくすることができる。このため、参照電圧＋Ｖｒｅｆ及び－Ｖｒｅｆを供給する電源回路の応答速度や消費電力、さらには、面積を従来よりも小さくしても、参照電圧＋Ｖｒｅｆの変動が大きくなることを防ぐことができる。また、デジタル信号ψの時間あたりの遷移回数を増加させることができ、高速動作も可能となる。
　１　シグマデルタ変調器、１０　積分回路、１０３　第１入力抵抗、１０５　第２入力抵抗、３０　第１ＤＡＣ部、５０　第２ＤＡＣ部、１０１　全差動増幅器、１０７　第１キャパシタ、１０９　第２キャパシタ、３０１　第１スイッチ、３０３　第２スイッチ、５０１　第３スイッチ、５０３　第４スイッチ、３０５　第１抵抗、５０５　第２抵抗、７０　比較器、９　フィルタ

Claims (6)

  1. 　第１端子と第２端子とを有し前記第１端子を介して供給される電圧を積分する積分回路と、
    　第１参照電圧を第１抵抗の一端に供給してその他端に得られる第１電圧を、前記第１端子または前記第２端子へ交互に供給する第１ＤＡＣ部と、
    　第２参照電圧を第２抵抗の一端に供給してその他端に得られる第２電圧を、前記第２端子または前記第１端子へ交互に供給する第２ＤＡＣ部と
    を備え、
    　前記第１ＤＡＣ部が前記第１電圧を前記第１端子に供給するときには、前記第２ＤＡＣ部は前記第２電圧を前記第２端子に供給し、前記第１ＤＡＣ部が前記第１電圧を前記第２端子に供給するときには、前記第２ＤＡＣ部は前記第２電圧を前記第１端子に供給するシグマデルタ変調器。
  2. 　前記第１ＤＡＣ部は、
    　前記第１電圧を前記第１端子へ供給する配線に設けられた第１スイッチと、
    　前記第１電圧を前記第２端子へ供給する配線に設けられた第２スイッチと
    を有し、
    　前記第２ＤＡＣ部は、
    　前記第２電圧を前記第２端子へ供給する配線に設けられた第３スイッチと、
    　前記第２電圧を前記第１端子へ供給する配線に設けられた第４スイッチと
    を有し、
    　前記第１スイッチがオン状態であるときには、前記第２スイッチはオフ状態となり、前記第３スイッチはオン状態となり、前記第４スイッチはオフ状態となり、
    　前記第１スイッチがオフ状態であるときには、前記第２スイッチはオン状態となり、前記第３スイッチはオフ状態となり、前記第４スイッチはオン状態となる
    請求項１に記載のシグマデルタ変調器。
  3. 　前記第１スイッチと前記第３スイッチとのそれぞれは、同期した第１信号がゲート電極に供給されるトランジスタにより構成され、
    　前記第２スイッチと前記第４スイッチとのそれぞれは、前記第１信号とは反転した第２信号がゲート電極に供給されるトランジスタにより構成される請求項２に記載のシグマデルタ変調器。
  4. 　前記トランジスタは、ｎＭＯＳトランジスタである請求項３に記載のシグマデルタ変調器。
  5. 　前記積分回路は、
    　入力端子として非反転入力端子と反転入力端子と出力端子とを有する差動増幅器と、
    　前記出力端子の信号を前記非反転入力端子へ帰還するキャパシタと
    を有し、
    　前記第１端子は、前記非反転入力端子であり、前記第２端子は、前記反転入力端子である請求項１に記載のシグマデルタ変調器。
  6. 　第１端子と第２端子とを有し前記第１端子と前記第２端子とを介して供給されるそれぞれの電圧を積分する積分回路と、
    　第１参照電圧を第１抵抗の一端に供給してその他端に得られる第１電圧と第２参照電圧を第２抵抗の一端に供給してその他端に得られる第２電圧とを交互に、前記第１端子へ供給する第１ＤＡＣ部と、
    　前記第２参照電圧を第３抵抗の一端に供給してその他端に得られる第３電圧と前記第１
    参照電圧を第４抵抗の一端に供給してその他端に得られる第４電圧とを交互に、前記第２端子へ供給する第２ＤＡＣ部と、
    　前記第２抵抗の前記他端と前記第４抵抗の前記他端との間を接続し、オン状態またはオフ状態となる第１スイッチと、
    　前記第１抵抗の前記他端と前記第３抵抗の前記他端との間を接続し、オン状態またはオフ状態となる第２スイッチと
    　を備え、
    　前記第１ＤＡＣ部が前記第１電圧を前記第１端子へ供給するとき、前記第２ＤＡＣ部は、前記第３電圧を前記第２端子へ供給し、前記第１スイッチはオン状態となり、前記第２スイッチはオフ状態となり、
    　前記第１ＤＡＣ部が前記第２電圧を前記第１端子へ供給するとき、前記第２ＤＡＣ部は、前記第４電圧を前記第２端子へ供給し、前記第１スイッチはオフ状態となり、前記第２スイッチはオン状態となるシグマデルタ変調回路。
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