[go: up one dir, main page]

JP2017191964A - AD converter circuit - Google Patents

AD converter circuit Download PDF

Info

Publication number
JP2017191964A
JP2017191964A JP2016078798A JP2016078798A JP2017191964A JP 2017191964 A JP2017191964 A JP 2017191964A JP 2016078798 A JP2016078798 A JP 2016078798A JP 2016078798 A JP2016078798 A JP 2016078798A JP 2017191964 A JP2017191964 A JP 2017191964A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
circuit
bit
digital data
voltage
comparator
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
JP2016078798A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
周平 河内
Shuhei Kawachi
周平 河内
健二 瀬戸
Kenji Seto
健二 瀬戸
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toppan Inc
Original Assignee
Toppan Printing Co Ltd
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 Toppan Printing Co Ltd filed Critical Toppan Printing Co Ltd
Priority to JP2016078798A priority Critical patent/JP2017191964A/en
Publication of JP2017191964A publication Critical patent/JP2017191964A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an AD conversion circuit improved in accuracy, which can keep down a consumed current because of using a conventional comparator slow in response, having an offset.SOLUTION: An AD conversion circuit comprises: a temporary high-order bit voltage select circuit for producing a temporary high-order bit voltage signal based on a result of comparison of an input voltage with a high-order bit reference voltage; a comparator circuit with high accuracy for comparing the input voltage with the temporary high-order bit voltage signal; a high-order bit digital data correction-encoding circuit for producing data by correcting high-order bit digital data based on an output of the comparator circuit with high accuracy; and a low-order bit reference voltage select switch group for selecting a low-order bit reference voltage in connection with the high-order bit digital data. The input voltage is compared with the low-order bit reference voltage to produce low-order bit digital data.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、アナログ信号をディジタル信号に変換して出力するAD変換回路に関する。   The present invention relates to an AD conversion circuit that converts an analog signal into a digital signal and outputs the digital signal.

近年、ディジタル電気製品では、例えば画像処理の高精細化が進んでおり、AD変換回路の高解像化、高ビット化、高速化が求められている。また、例えばセンサのアナログフロントエンドで使用されるAD変換回路などでは、さらに低消費電力が求められている。このような高解像化、高ビット化、高速化の要求に対し、従来のAD変換回路では対応が出来難くなっている。   In recent years, in digital electrical products, for example, image processing has been highly refined, and high resolution, high bit, and high speed of an AD conversion circuit are required. Further, for example, in an AD conversion circuit used in an analog front end of a sensor, further lower power consumption is required. Conventional AD converter circuits are difficult to cope with such demands for high resolution, high bits, and high speed.

図4は従来の並列型AD変換回路の一例である。抵抗Rを直列接続したラダー抵抗101と、ラダー抵抗101より出力される基準電圧と入力電圧VINとを比較して高低電圧を出力するコンパレータ群回路102と、コンパレータ群回路102の出力からディジタル量に変換して出力するエンコード回路103と、から形成されている。ラダー抵抗101にはオペアンプより出力されるリファレンス電圧REFが印加され、各抵抗間から、基準電圧が出力される。入力電圧は、変換の対象であるアナログ信号である。   FIG. 4 shows an example of a conventional parallel AD converter circuit. The ladder resistor 101 in which the resistor R is connected in series, the comparator group circuit 102 that compares the reference voltage output from the ladder resistor 101 with the input voltage VIN and outputs a high and low voltage, and the output from the comparator group circuit 102 is converted into a digital quantity. And an encoding circuit 103 for converting and outputting. A reference voltage REF output from the operational amplifier is applied to the ladder resistor 101, and a reference voltage is output between the resistors. The input voltage is an analog signal to be converted.

入力電圧に対し、それより低い基準電圧が接続されているコンパレータは、全て高電圧が出力される。それ以上の基準電圧が接続されているコンパレータは低電圧が出力される。このようなコンパレータの出力に対し、エンコード回路103で符号化され、ディジタル信号が出力される。並列型AD変換回路は入力電圧VINに対し、クロックで同時に各ビットが出力されるので、高速AD変換に有利である。   All comparators to which a reference voltage lower than the input voltage is connected output a high voltage. A comparator connected to a reference voltage higher than that outputs a low voltage. Such an output of the comparator is encoded by the encoding circuit 103 and a digital signal is output. The parallel AD converter circuit is advantageous for high-speed AD conversion because each bit is output simultaneously with a clock with respect to the input voltage VIN.

特開2011−193340号公報JP 2011-193340 A

しかし、このようなAD変換回路の精度を向上させるには、特許文献1のように、コンパレータの精度を良くしなければならない。また、応答速度やオフセットにより誤判定が起きてしまうことも阻害要因である。そしてオフセットを抑えるため、また応答速度を速めるためにコンパレータの面積を広くすると全体の面積が増加し、さらに電流が増加し消費電力が増えてしまうという問題が起こる。nビット符号の信号では、2n−1個のコンパレータが必要とされる。   However, in order to improve the accuracy of such an AD conversion circuit, the accuracy of the comparator must be improved as in Patent Document 1. In addition, an erroneous determination due to a response speed or an offset is an obstacle. If the area of the comparator is increased in order to suppress the offset and increase the response speed, there is a problem that the entire area increases, current further increases, and power consumption increases. For n-bit code signals, 2n-1 comparators are required.

本発明は、従来のオフセットを有し、応答速度の遅いコンパレータを用いることで、消費電流を抑えることができ、かつ精度の向上したAD変換回路を提供することを課題とする。   An object of the present invention is to provide an AD converter circuit that can suppress current consumption and improve accuracy by using a comparator having a conventional offset and a slow response speed.

本発明は上記の課題を解決するために、入力電圧を上位ビット用基準電圧と比較した結果に基づき仮上位ビット電圧信号を作成する仮上位ビット電圧選択回路と、前記入力電圧と前記仮上位ビット電圧信号を比較する高精度コンパレータ回路を有し、
前記高精度コンパレータ回路の出力に基づき上位ビットディジタルデータを補正して作成する上位ビットディジタルデータ補正エンコード回路を有し、
前記上位ビットディジタルデータに係わる下位ビット用基準電圧を選択する下位ビット用
基準電圧選択スイッチ群を有し、
前記入力電圧を前記下位ビット用基準電圧と比較して下位ビットディジタルデータを作成する下位ビットディジタルデータ作成回路を有することを特徴とするAD変換回路である。
In order to solve the above problems, the present invention provides a temporary upper bit voltage selection circuit that creates a temporary upper bit voltage signal based on a result of comparing an input voltage with a reference voltage for an upper bit, and the input voltage and the temporary upper bit. It has a high-precision comparator circuit that compares voltage signals,
An upper bit digital data correction encoding circuit for correcting and creating upper bit digital data based on the output of the high precision comparator circuit;
A lower bit reference voltage selection switch group for selecting a lower bit reference voltage related to the upper bit digital data;
An AD conversion circuit comprising a lower bit digital data creation circuit for creating lower bit digital data by comparing the input voltage with the lower bit reference voltage.

本発明は、これにより、従来の仕様のサイズ、従来のオフセットを有する上位ビット用低精度コンパレータを用い、従ってコンパレータの面積が削減でき、応答速度が遅くても良く、そのため消費電流を抑えることができる、精度の向上したAD変換回路とすることができる効果がある。   The present invention thereby uses a low-precision comparator for upper bits having a conventional specification size and a conventional offset, so that the area of the comparator can be reduced and the response speed may be slow, so that the current consumption can be suppressed. An AD converter circuit with improved accuracy can be obtained.

また、本発明は、上記のAD変換回路であって、前記入力電圧の入力端子と前記上位ビット用基準電圧の入力端子にバッファ回路を備えた上位ビット用低精度コンパレータ群回路を用いて前記入力電圧を前記上位ビット用基準電圧と比較することを特徴とするAD変換回路である。   Further, the present invention is the above-described AD conversion circuit, wherein the input using the low-order comparator group circuit for high-order bits provided with a buffer circuit at the input terminal for the input voltage and the input terminal for the high-order bit reference voltage An AD conversion circuit characterized in that a voltage is compared with the upper bit reference voltage.

本発明のAD変換回路は、以上のような構成であるので、使用すべき高精度のコンパレータは、上位ビット用の1つのみで済む。また、ラダーに接続される低精度コンパレータは高精度を必要としないため、面積が小さく応答速度が遅い低精度コンパレータを用いることができる。   Since the AD conversion circuit of the present invention has the above-described configuration, only one high-precision comparator for high-order bits needs to be used. Further, since the low precision comparator connected to the ladder does not require high precision, a low precision comparator having a small area and a low response speed can be used.

すなわち、本発明によれば、精度が高く応答速度が速いAD変換回路でありながら、従来の仕様のサイズ、従来のオフセットを有するコンパレータを用いることができ、コンパレータの消費電力を抑え、製造コストも低減できるAD変換回路が得られる効果がある。   That is, according to the present invention, it is possible to use a comparator having a conventional specification size and a conventional offset while being an AD converter circuit with high accuracy and a fast response speed, thereby reducing the power consumption of the comparator and reducing the manufacturing cost. There is an effect that an AD conversion circuit that can be reduced is obtained.

本発明の第1の実施形態の高精度上位ビットディジタルデータ作成回路を備えたAD変換回路をあらわす回路図である。1 is a circuit diagram illustrating an AD conversion circuit including a high-precision upper-bit digital data creation circuit according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態の高精度上位ビットディジタルデータ作成回路を備えたAD変換回路をあらわす回路図である。It is a circuit diagram showing the AD converter circuit provided with the highly accurate high-order bit digital data creation circuit of the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態の高精度上位ビットディジタルデータ作成回路を備えたAD変換回路をあらわす回路図である。It is a circuit diagram showing the AD converter circuit provided with the highly accurate high-order bit digital data creation circuit of the 3rd Embodiment of this invention. 従来の並列型AD変換回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the conventional parallel type AD converter circuit.

<第1の実施形態>
以下本発明の第1の実施形態について図1を参照して説明する。図1は、本発明のAD変換回路の第1の実施形態における高精度上位ビットディジタルデータ作成回路と、1ビットの下位ビットディジタルデータ作成回路との全体回路をあらわす回路図である。
<First Embodiment>
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a circuit diagram showing the entire circuit of a high-precision upper-bit digital data creation circuit and a 1-bit lower-bit digital data creation circuit in the first embodiment of the AD conversion circuit of the present invention.

(1ビットの下位ビットディジタルデータ作成回路)
1ビットの下位ビットディジタルデータ作成回路は、下位ビット用基準電圧選択スイッチ群6と、下位ビット用コンパレータ回路Bから成る。
(1-bit lower bit digital data creation circuit)
The 1-bit lower-bit digital data creation circuit includes a lower-bit reference voltage selection switch group 6 and a lower-bit comparator circuit B.

(下位ビット用基準電圧選択スイッチ群6)
下位ビット用基準電圧選択スイッチ群6は、上位ビットディジタルデータ補正エンコード回路5の出力データで制御され、下位ビット用基準電圧選択スイッチ群6は、上位ビットディジタルデータ補正エンコード回路5の出力データに係わる下位ビット用基準電圧を選択し、その下位ビット用基準電圧の信号を下位ビット用コンパレータ回路Bの一方の入力端子に接続する。
(Lower bit reference voltage selection switch group 6)
The lower bit reference voltage selection switch group 6 is controlled by the output data of the upper bit digital data correction encoding circuit 5, and the lower bit reference voltage selection switch group 6 relates to the output data of the upper bit digital data correction encoding circuit 5. The lower bit reference voltage is selected, and the lower bit reference voltage signal is connected to one input terminal of the lower bit comparator circuit B.

下位ビット用コンパレータ回路Bの他方の入力端子には入力電圧VINを接続して、入力電圧VINと与えられた下位ビット用の基準電圧とを比較する。   An input voltage VIN is connected to the other input terminal of the lower bit comparator circuit B, and the input voltage VIN is compared with a given lower bit reference voltage.

(高精度上位ビットディジタルデータ作成回路)
高精度上位ビットディジタルデータ作成回路は、複数の抵抗素子を直列接続し複数の基準電圧を発生するラダー抵抗1と、上位ビット用低精度コンパレータAの群による上位ビット用低精度コンパレータ群回路2と、仮上位ビット電圧選択回路3と、高精度コンパレータ回路4と、上位ビットディジタルデータ補正エンコード回路5から成る。高精度コンパレータ回路4は、回路のオフセット電圧を小さくして精度の良い電圧比較をするオフセットキャンセル機能を有する
(High precision upper bit digital data creation circuit)
The high-precision upper-bit digital data creation circuit includes a ladder resistor 1 that connects a plurality of resistance elements in series to generate a plurality of reference voltages, and a low-precision comparator group circuit 2 for high-order bits by a group of low-precision comparators A for high-order bits. The high-order bit voltage selection circuit 3, the high-precision comparator circuit 4, and the high-order bit digital data correction encoding circuit 5. The high-precision comparator circuit 4 has an offset cancel function for reducing the circuit offset voltage and performing a voltage comparison with high accuracy.

(上位ビット用低精度コンパレータ群回路2)
図1のように、高精度上位ビットディジタルデータ作成回路は、ラダー抵抗1が発生した複数の基準電圧のうちの上位ビット用基準電圧と入力電圧VINを比較する上位ビット用低精度コンパレータAの群から成る上位ビット用低精度コンパレータ群回路2を持つ。
(Low precision comparator group circuit 2 for upper bits)
As shown in FIG. 1, the high-precision high-order bit digital data creation circuit is a group of low-order comparators A for high-order bits that compare a high-order bit reference voltage and an input voltage VIN among a plurality of reference voltages generated by the ladder resistor 1. It has a low-precision comparator group circuit 2 for upper bits consisting of

上位ビット用低精度コンパレータ群回路2の2値データの信号の出力端子は、仮上位ビット電圧選択回路3及び上位ビットディジタルデータ補正エンコード回路5の入力端子に接続する。   The output terminal of the binary data signal of the low-order comparator group circuit 2 for the upper bits is connected to the input terminals of the temporary upper bit voltage selection circuit 3 and the upper bit digital data correction encoding circuit 5.

(仮上位ビット電圧選択回路3)
1つの仮上位ビット電圧選択回路3毎に1つの3入力論理和回路3aを備え、その3入力論理和回路の各入力端子に、上位ビット用低精度コンパレータ群回路2において隣り合う3つの上位ビット用低精度コンパレータAの出力端子を接続する。
(Temporary upper bit voltage selection circuit 3)
Each temporary high-order bit voltage selection circuit 3 has one 3-input OR circuit 3a, and three high-order bits adjacent in the low-precision comparator group circuit 2 for high-order bits are connected to each input terminal of the 3-input OR circuit. Connect the output terminal of the low precision comparator A.

詳しくは、仮上位ビット電圧選択回路3に接続する3つの上位ビット用低精度コンパレータAの内の最下位の上位ビット用低精度コンパレータAの出力端子を3入力論理和回路3aの1つの入力端子に接続する。そして、その上位ビット用低精度コンパレータAより上位の2つの上位ビット用低精度コンパレータAの出力信号をインバータで反転した出力信号端子を3入力論理和回路3aの残りの入力端子に接続する。   Specifically, the output terminal of the low-order high-order bit low-precision comparator A among the three high-order bit low-precision comparators A connected to the temporary high-order bit voltage selection circuit 3 is used as one input terminal of the 3-input OR circuit 3a. Connect to. Then, the output signal terminals obtained by inverting the output signals of the two higher-order bit low-precision comparators A higher than the upper-bit low-precision comparator A by the inverter are connected to the remaining input terminals of the 3-input OR circuit 3a.

3入力論理和回路3aはその3入力の論理和を取って出力端子から出力する。その出力端子は、その仮上位ビット電圧選択回路3毎の、仮上位ビット電圧信号出力スイッチ回路3bの制御端子に出力する。   The 3-input OR circuit 3a takes the OR of the 3 inputs and outputs it from the output terminal. The output terminal outputs to the control terminal of the temporary upper bit voltage signal output switch circuit 3b for each temporary upper bit voltage selection circuit 3.

ここで、ある3入力論理和回路3aの3つの入力端子へ接続する3つの上位ビット用低精度コンパレータAの出力信号が、下位の端子から順に(論理 '1')、(論理 '0')、(論理 '0')である場合に、その3入力論理和回路3aが、仮上位ビット電圧信号出力スイッチ回路3bの制御端子を制御して、仮上位ビット電圧信号出力スイッチ回路3bに仮上位ビット電圧信号を出力させる。   Here, the output signals of the three low-order comparators A for high-order bits connected to the three input terminals of a certain three-input OR circuit 3a are (logic '1') and (logic '0') in order from the least significant terminal. , (Logic '0'), the three-input OR circuit 3a controls the control terminal of the temporary upper bit voltage signal output switch circuit 3b, and the temporary upper bit voltage signal output switch circuit 3b A bit voltage signal is output.

仮上位ビット電圧信号出力スイッチ回路3bは、3入力論理和回路3aの入力端子に接続する3つの低精度コンパレータAの入力端子が接続する3つの基準電圧のうち、最下位の基準電圧の上の基準電圧を仮上位ビット電圧信号として出力し、その出力端子を高精度コンパレータ回路4の入力端子に接続する。   The temporary upper bit voltage signal output switch circuit 3b is located above the lowest reference voltage among the three reference voltages connected to the input terminals of the three low precision comparators A connected to the input terminals of the three-input OR circuit 3a. The reference voltage is output as a temporary upper bit voltage signal, and the output terminal is connected to the input terminal of the high-precision comparator circuit 4.

(高精度コンパレータ回路4)
高精度コンパレータ回路4は、オフセットキャンセル機能を有する高精度チョッパー型コンパレータの回路に構成する。その高精度チョッパー型コンパレータにより、仮上位ビ
ット電圧選択回路3から受け取った仮上位ビット電圧信号と入力電圧VINを比較し、比較結果の上位ビットディジタルデータの1ビット補正信号を上位ビットディジタルデータ補正エンコード回路5に出力する。
(High-precision comparator circuit 4)
The high-precision comparator circuit 4 is configured as a high-precision chopper type comparator circuit having an offset cancel function. The high-precision chopper comparator compares the temporary high-order bit voltage signal received from the temporary high-order bit voltage selection circuit 3 with the input voltage VIN, and encodes the 1-bit correction signal of the high-order bit digital data of the comparison result as the high-order bit digital data correction encoding. Output to the circuit 5.

(上位ビットディジタルデータ補正エンコード回路5)
上位ビットディジタルデータ補正エンコード回路5は、上位ビット用低精度コンパレータ群回路2の出力信号の2値データを作成する。詳しくは、高精度コンパレータ回路4(高精度チョッパー型コンパレータ)から受信した上位ビットディジタルデータの1ビット補正信号に基づき1ビット補正した正確な上位ビットディジタルデータを作成する。
(Upper bit digital data correction encoding circuit 5)
The upper bit digital data correction encoding circuit 5 creates binary data of the output signal of the lower bit comparator group circuit 2 for upper bits. Specifically, accurate high-order bit digital data that is 1-bit corrected based on the 1-bit correction signal of the high-order bit digital data received from the high-precision comparator circuit 4 (high-precision chopper type comparator) is created.

(高精度上位ビットディジタルデータ作成回路の動作)
以下で、高精度上位ビットディジタルデータ作成回路の動作を説明する。
(Operation of high-precision upper-bit digital data creation circuit)
Hereinafter, the operation of the high-precision upper-bit digital data creation circuit will be described.

(仮上位ビット電圧選択回路3)
仮上位ビット電圧選択回路3の3入力論理和回路3aの3つの入力端子に、上位ビット用低精度コンパレータ群回路2において隣り合う3つの上位ビット用低精度コンパレータAの出力端子を接続する。
(Temporary upper bit voltage selection circuit 3)
To the three input terminals of the 3-input OR circuit 3 a of the temporary upper bit voltage selection circuit 3, the output terminals of the three higher-order bit low-precision comparators A adjacent in the upper-bit low-precision comparator group circuit 2 are connected.

そして、仮上位ビット電圧選択回路3は、隣り合う3つの上位ビット用低精度コンパレータAのうちの最下位の上位ビット用低精度コンパレータAの出力電圧が高電圧(論理‘1’)となっていて、その上に続く2つの上位ビット用低精度コンパレータAの出力が低電圧(論理‘0’)となっている場合に、仮上位ビット電圧信号出力スイッチ回路3bに仮上位ビット電圧信号を出力させる。   In the temporary upper bit voltage selection circuit 3, the output voltage of the lower-order high-bit low-precision comparator A among the three adjacent high-bit low-precision comparators A is a high voltage (logic “1”). When the outputs of the two low-order comparators A for high-order bits subsequent thereto are at a low voltage (logic “0”), a temporary high-order bit voltage signal is output to the temporary high-order bit voltage signal output switch circuit 3b. Let

仮上位ビット電圧信号出力スイッチ回路3bは、3入力論理和回路3aの入力端子に接続する3つの低精度コンパレータAの入力端子が接続する3つの基準電圧のうち、最下位の基準電圧の上の基準電圧を仮上位ビット電圧信号として、高精度コンパレータ回路4の入力端子に出力する。   The temporary upper bit voltage signal output switch circuit 3b is located above the lowest reference voltage among the three reference voltages connected to the input terminals of the three low precision comparators A connected to the input terminals of the three-input OR circuit 3a. The reference voltage is output to the input terminal of the high precision comparator circuit 4 as a temporary upper bit voltage signal.

(高精度コンパレータ回路4)
高精度コンパレータ回路4は、オフセットキャンセル機能を有する高精度チョッパー型コンパレータの回路で構成する。その高精度チョッパー型コンパレータにより、仮上位ビット電圧選択回路3から受け取った仮上位ビット電圧信号と入力電圧VINを比較し、上位ビットディジタルデータの1ビット補正信号を出力する。
(High-precision comparator circuit 4)
The high-precision comparator circuit 4 is configured by a high-precision chopper type comparator circuit having an offset cancel function. The high-precision chopper comparator compares the temporary upper bit voltage signal received from the temporary upper bit voltage selection circuit 3 with the input voltage VIN, and outputs a 1-bit correction signal of the upper bit digital data.

高精度チョッパー型コンパレータの回路構成の高精度コンパレータ回路4は、インバータDの入力側に、コンデンサC1を経由してスイッチSW1の出力端子を接続し、スイッチSW1の第1の入力端子は入力電圧VINに接続し、第2の入力端子は選択された仮上位ビット電圧信号に接続する。スイッチSW1により、コンデンサC1に、入力電圧VINと選択された仮上位ビット電圧信号を切り替えて接続する。またインバータDの入力を、スイッチSW2を経由してインバータDの出力端子に接続する。   The high-precision comparator circuit 4 having a circuit configuration of a high-precision chopper type comparator has an output terminal of the switch SW1 connected to the input side of the inverter D via the capacitor C1, and the first input terminal of the switch SW1 is the input voltage VIN. And the second input terminal is connected to the selected temporary upper bit voltage signal. The switch SW1 switches and connects the input voltage VIN and the selected temporary upper bit voltage signal to the capacitor C1. The input of the inverter D is connected to the output terminal of the inverter D via the switch SW2.

このような高精度チョッパー型コンパレータの回路構成により、高精度コンパレータ回路4は、まず、スイッチSW2を接続し、スイッチSW1を入力電圧VIN側に接続し、コンデンサC1を入力電圧VIN(高精度コンパレータの閾値電圧を減じる)で充電しておく。この場合に、インバータDの入力には、閾値電位と、コンデンサを介して入力電圧VINとが直列に印加され、オフセットキャンセルがなされる。   With such a circuit configuration of the high-precision chopper comparator, the high-precision comparator circuit 4 first connects the switch SW2, connects the switch SW1 to the input voltage VIN side, and connects the capacitor C1 to the input voltage VIN (high-precision comparator). (Reducing the threshold voltage). In this case, the threshold potential and the input voltage VIN are applied in series to the input of the inverter D via the capacitor, and offset cancellation is performed.

次に、スイッチSW2を切り、スイッチSW1を仮上位ビット電圧信号側に切り替える。そうすると、インバータDの入力には、コンデンサC1に充電された入力電圧VINと、仮上位ビット電圧信号との差、Δ=仮上位ビット電圧信号−VINが印加される。   Next, the switch SW2 is turned off, and the switch SW1 is switched to the temporary upper bit voltage signal side. Then, the difference between the input voltage VIN charged in the capacitor C1 and the temporary upper bit voltage signal, Δ = temporary upper bit voltage signal −VIN, is applied to the input of the inverter D.

高精度コンパレータ回路4(高精度チョッパー型コンパレータ)は、インバータDのオフセットが補償されて動作する。   The high-precision comparator circuit 4 (high-precision chopper comparator) operates with the offset of the inverter D compensated.

そして、Δが正の場合は、インバータDの出力が低電圧(論理‘0’)になる。その出力信号を受け取った上位ビットディジタルデータ補正エンコード回路5が、上位ビット用低精度コンパレータ群回路2の出力信号の2値データから正規な上位ビットディジタルデータを作成して出力する。   When Δ is positive, the output of the inverter D becomes a low voltage (logic ‘0’). Upon receiving the output signal, the upper bit digital data correction encoding circuit 5 creates normal upper bit digital data from the binary data of the output signal of the upper bit low precision comparator group circuit 2 and outputs it.

一方、Δが負の場合は、インバータDの出力が高電圧(論理‘1’)になる。その出力信号を受け取った上位ビットディジタルデータ補正エンコード回路5は、上位ビット用低精度コンパレータ群回路2の出力信号の2値データを1ビット増したデータから正規な上位ビットディジタルデータを作成して出力する。   On the other hand, when Δ is negative, the output of the inverter D becomes a high voltage (logic ‘1’). The high-order bit digital data correction encoding circuit 5 that has received the output signal creates normal high-order bit digital data from the binary data of the output signal of the low-precision comparator group circuit 2 for high-order bits and outputs it. To do.

このようにして、コンパレータ回路2の精度が低精度であっても、オフセットがキャンセルされた高精度コンパレータ回路4を用いることにより、正確にAD変換した上位ビットディジタルデータが得られる。   In this way, even if the accuracy of the comparator circuit 2 is low, high-order bit digital data that is accurately AD-converted can be obtained by using the high-precision comparator circuit 4 in which the offset is canceled.

この高精度上位ビットディジタルデータ作成回路では、特に、上位ビット用低精度コンパレータAが、時間的に遅延が存在するので、最大の誤差を含む。そのため、先ず、上位ビット用低精度コンパレータ群回路2が、複数の基準電圧から、誤差を含んだ仮上位ビット電圧信号を選択し、仮の決定をしておく。   In this high-precision upper-bit digital data creation circuit, in particular, the upper-bit low-precision comparator A includes a maximum error because there is a delay in time. Therefore, first, the low-order comparator group circuit 2 for upper bits selects a temporary upper bit voltage signal including an error from a plurality of reference voltages and makes a temporary determination.

次に、その仮上位ビット電圧信号を高精度コンパレータ回路4(高精度チョッパー型コンパレータ)で入力電圧VINと比較し、最小ビットに対応する基準電圧を正確に決定し、その結果に基づき上位ビットディジタルデータ補正エンコード回路5が1ビット補正した正確な上位ビットディジタルデータを作成して出力する。これにより、コンパレータの持つ誤差を含まない出力データを得ることができる。   Next, the temporary high-order bit voltage signal is compared with the input voltage VIN by the high-precision comparator circuit 4 (high-precision chopper type comparator) to accurately determine the reference voltage corresponding to the minimum bit, and based on the result, the high-order bit digital The data correction encoding circuit 5 creates and outputs accurate upper bit digital data corrected by 1 bit. As a result, output data that does not include the error of the comparator can be obtained.

(1ビットの下位ビットディジタルデータ作成回路)
以下で、1ビット下位ビットディジタルデータ作成回路の動作を説明する。
(1-bit lower bit digital data creation circuit)
The operation of the 1-bit lower-bit digital data creation circuit will be described below.

(基準電圧選択スイッチ)
図1の回路図のように、下位ビット用基準電圧選択スイッチ群6が、上位ビットディジタルデータ補正エンコード回路5が作成した高精度上位ビットディジタルデータで制御されて下位ビット用コンパレータ回路Bに接続する下位ビット用基準電圧を選択して出力する。その出力端子を下位ビット用コンパレータ回路Bの入力端子に接続する。
(Reference voltage selection switch)
As shown in the circuit diagram of FIG. 1, the lower-bit reference voltage selection switch group 6 is controlled by the high-precision upper-bit digital data created by the upper-bit digital data correction encoding circuit 5 and connected to the lower-bit comparator circuit B. Select and output the lower bit reference voltage. The output terminal is connected to the input terminal of the lower bit comparator circuit B.

詳しくは、下位ビット用基準電圧選択スイッチ群6が、上位ビットディジタルデータ補正エンコード回路5の出力する高精度上位ビットディジタルデータで制御されて下位ビット用基準電圧選択スイッチ6aを選択して回路を閉じることで、下位ビット用基準電圧を選択して下位ビット用コンパレータ回路Bの入力端子に接続する。   Specifically, the lower-bit reference voltage selection switch group 6 is controlled by the high-precision upper-bit digital data output from the upper-bit digital data correction encoding circuit 5, selects the lower-bit reference voltage selection switch 6a, and closes the circuit. Thus, the lower bit reference voltage is selected and connected to the input terminal of the lower bit comparator circuit B.

(下位ビット用コンパレータ回路B)
下位ビット用コンパレータ回路Bのもう1つの入力端子に入力電圧VINを接続する。そして、下位ビット用コンパレータ回路Bの出力信号の2値データを、1ビットの下位ビットディジタルデータ作成回路の下位ビットディジタルデータとして出力する。
(Lower bit comparator circuit B)
The input voltage VIN is connected to the other input terminal of the lower bit comparator circuit B. Then, the binary data of the output signal of the lower bit comparator circuit B is output as the lower bit digital data of the 1 bit lower bit digital data generating circuit.

こうして、上位ビットディジタルデータ補正エンコード回路5が出力した正確な上位ビ
ットディジタルデータと、下位ビット用コンパレータ回路Bが出力した下位ビットディジタルデータとを合わせて、正確にAD変換したディジタルデータを得ることができる。
Thus, the accurate upper bit digital data output from the upper bit digital data correction encoding circuit 5 and the lower bit digital data output from the lower bit comparator circuit B can be combined to obtain digital data that has been accurately AD converted. it can.

本実施形態は以上のような構成、および作用を有するから、低速仕様の小さい面積を持ち、低精度用のオフセットを有する低精度コンパレータを主な素子に用いることができるので、高速AD変換回路の集積回路の面積を削減できる効果がある。また、用いるコンパレータの応答速度が遅くても良いため、AD変換回路の消費電流を抑えることができる、高精度高速AD変換回路が得られる効果がある。   Since the present embodiment has the above-described configuration and operation, a low-precision comparator having a small area with a low-speed specification and having a low-precision offset can be used as a main element. There is an effect that the area of the integrated circuit can be reduced. Further, since the response speed of the comparator to be used may be slow, there is an effect that a high-precision and high-speed AD converter circuit that can suppress the current consumption of the AD converter circuit is obtained.

<第2の実施形態>
以下本発明の第2の実施形態について図2を参照して説明する。第2の実施形態のAD変換回路は、図2の様に2ビットの下位ビットディジタルデータ作成回路を有する。それ以外の回路は、第1の実施形態と同様に、ラダー抵抗1と高精度上位ビットディジタルデータ作成回路を有する。
<Second Embodiment>
A second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. The AD conversion circuit of the second embodiment has a 2-bit lower bit digital data creation circuit as shown in FIG. Other circuits have a ladder resistor 1 and a high-precision upper-bit digital data creation circuit, as in the first embodiment.

(高精度上位ビットディジタルデータ作成回路)
高精度上位ビットディジタルデータ作成回路は、第1の実施形態と同様に構成し、同様に動作させる。
(High precision upper bit digital data creation circuit)
The high-precision upper-bit digital data creation circuit is configured in the same manner as in the first embodiment and operates in the same manner.

(下位ビットディジタルデータ作成回路)
第2の実施形態の2ビットの下位ビットディジタルデータ作成回路は、下位ビット用基準電圧選択スイッチ群6と、下位ビット用コンパレータ回路Bの群による下位ビット用コンパレータ群回路2bと下位ビット用エンコード回路5bから構成する。
(Lower bit digital data creation circuit)
The 2-bit lower-bit digital data creation circuit according to the second embodiment includes a lower-bit reference voltage selection switch group 6, a lower-bit comparator group circuit 2b including a lower-bit comparator circuit B, and a lower-bit encoding circuit. 5b.

(下位ビット用基準電圧選択スイッチ群6)
下位ビット用基準電圧選択スイッチ群6は、上位ビットディジタルデータ補正エンコード回路5の出力データで制御される。下位ビット用基準電圧選択スイッチ群6は、上位ビットディジタルデータ補正エンコード回路5の出力データに係わる複数の下位ビット用基準電圧を選択し、その複数の下位ビット用基準電圧の信号を下位ビット用コンパレータ群回路2bの各下位ビット用コンパレータ回路Bの入力端子に接続する。
(Lower bit reference voltage selection switch group 6)
The lower bit reference voltage selection switch group 6 is controlled by the output data of the upper bit digital data correction encoding circuit 5. The lower-bit reference voltage selection switch group 6 selects a plurality of lower-bit reference voltages related to the output data of the upper-bit digital data correction encoding circuit 5, and uses the lower-bit reference voltage signals as lower-bit comparators. It is connected to the input terminal of each lower bit comparator circuit B of the group circuit 2b.

各下位ビット用コンパレータ回路Bの他の入力端子には入力電圧VINを接続して、各下位ビット用コンパレータ回路Bに、入力電圧VINと与えられた基準電圧とを比較させる。   The input voltage VIN is connected to the other input terminal of each low-order bit comparator circuit B so that each low-order bit comparator circuit B compares the input voltage VIN with a given reference voltage.

(下位ビットディジタルデータ作成回路の動作)
以下で、図2を参照して、第2の実施形態の下位ビットディジタルデータ作成回路の動作を説明する。
(Operation of lower bit digital data creation circuit)
Hereinafter, the operation of the lower-order bit digital data creation circuit of the second embodiment will be described with reference to FIG.

(下位ビット用基準電圧選択スイッチ群6の動作)
図2の回路図のように、下位ビット用基準電圧選択スイッチ群6が、上位ビットディジタルデータ補正エンコード回路5の出力信号により、すなわち、図1の高精度上位ビットディジタルデータ作成回路が作成した高精度上位ビットディジタルデータに制御される。そして、下位ビット用基準電圧選択スイッチ群6は、上位ビットディジタルデータ補正エンコード回路5の出力データに係わる複数の下位ビット用基準電圧を選択し、下位ビット用コンパレータ群回路2bの各下位ビット用コンパレータ回路Bに接続する。
(Operation of the lower-bit reference voltage selection switch group 6)
As shown in the circuit diagram of FIG. 2, the lower-bit reference voltage selection switch group 6 is generated by the output signal of the higher-order bit digital data correction encoding circuit 5, that is, the high-order higher-order bit digital data generation circuit shown in FIG. Controlled to high-precision digital data. The lower bit reference voltage selection switch group 6 selects a plurality of lower bit reference voltages related to the output data of the upper bit digital data correction encoding circuit 5, and each lower bit comparator of the lower bit comparator group circuit 2b. Connect to circuit B.

詳しくは、下位ビット用基準電圧選択スイッチ群6が、上位ビットディジタルデータ補正エンコード回路5の出力する高精度上位ビットディジタルデータにより制御されて下位ビット用基準電圧選択スイッチ6aを選択して複数の下位ビット用基準電圧を選択し、下
位ビット用コンパレータ群回路2bの各下位ビット用コンパレータ回路Bに接続する。
More specifically, the lower-bit reference voltage selection switch group 6 is controlled by the high-precision upper-bit digital data output from the upper-bit digital data correction encoding circuit 5, and selects the lower-bit reference voltage selection switch 6a to select a plurality of lower-order bits. A bit reference voltage is selected and connected to each lower bit comparator circuit B of the lower bit comparator group circuit 2b.

図2の様に、下位ビット用コンパレータ群回路2bの各下位ビット用コンパレータ回路Bの出力信号の2値データを下位ビット用エンコード回路5bに導く。下位ビット用エンコード回路5bは、各下位ビット用コンパレータ回路Bの出力信号を用いて、下位ビットである2ビットの下位ビットディジタルデータを作成する。   As shown in FIG. 2, the binary data of the output signal of each lower bit comparator circuit B of the lower bit comparator group circuit 2b is guided to the lower bit encoding circuit 5b. The low-order bit encoding circuit 5b uses the output signal of each low-order bit comparator circuit B to create 2-bit low-order bit digital data as the low-order bits.

こうして、上位ビットディジタルデータ補正エンコード回路5が出力した正確な上位ビットディジタルデータと、下位ビット用エンコード回路5bが出力した2ビットの下位ビットディジタルデータとを合わせて、正確にAD変換したディジタルデータを得ることができる。   In this way, the accurate upper bit digital data output from the upper bit digital data correction encoding circuit 5 and the lower bit digital data of 2 bits output from the lower bit encoding circuit 5b are combined, and the digital data accurately AD-converted is obtained. Can be obtained.

<第3の実施形態>
以下本発明の第3の実施形態について図3を参照して説明する。本実施形態のAD変換回路の構成は第1の実施形態と同様に、図3の様に、ラダー抵抗1と高精度上位ビットディジタルデータ作成回路と、下位ビットディジタルデータ作成回路で構成する。
<Third Embodiment>
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. As in the first embodiment, the configuration of the AD conversion circuit of the present embodiment is configured by a ladder resistor 1, a high-precision upper bit digital data creation circuit, and a lower bit digital data creation circuit as shown in FIG.

(高精度上位ビットディジタルデータ作成回路)
第3の実施形態は、図3の様に、高精度上位ビットディジタルデータ作成回路の上位ビット用低精度コンパレータ群回路2の、ラダー抵抗1が発生した複数の基準電圧を入力する入力端子に、ソースフォロア回路等で構成するバッファ回路7を設置する。また、上位ビット用低精度コンパレータ群回路2の、入力電圧VINを入力する入力端子に、ソースフォロア回路等で構成するバッファ回路8を設置する。
(High precision upper bit digital data creation circuit)
In the third embodiment, as shown in FIG. 3, an input terminal for inputting a plurality of reference voltages generated by the ladder resistor 1 of the low-order comparator group circuit 2 for high-order bits of the high-precision high-order bit digital data creation circuit, A buffer circuit 7 composed of a source follower circuit or the like is installed. Further, a buffer circuit 8 composed of a source follower circuit or the like is provided at the input terminal for inputting the input voltage VIN of the low-precision comparator group circuit 2 for upper bits.

それ以外の回路は、第1の実施形態又は第2の実施形態と同様に、複数の、仮上位ビット電圧選択回路3と、1つの高精度コンパレータ回路4と、上位ビットディジタルデータ補正エンコード回路5、下位ビットディジタルデータ作成回路で構成する。   The other circuits are similar to the first embodiment or the second embodiment in that a plurality of provisional upper bit voltage selection circuits 3, one high-precision comparator circuit 4, and an upper bit digital data correction encoding circuit 5 are used. The low-order bit digital data creation circuit is used.

先の実施形態では、入力電圧VINの信号線に、低精度コンパレータ回路Aの入力端子が複数接続されることにより入力容量が大きくなってしまう問題があった。第3の実施形態は、バッファ回路8を用いることで、入力電圧VINの信号線に接続する入力容量を小さくできる効果がある。   In the previous embodiment, there is a problem that the input capacitance is increased by connecting a plurality of input terminals of the low precision comparator circuit A to the signal line of the input voltage VIN. The third embodiment has an effect that the input capacitance connected to the signal line of the input voltage VIN can be reduced by using the buffer circuit 8.

通常の回路では、低精度コンパレータ回路Aの入力端子にバッファ回路7とバッファ回路8を挿入するとバッファ回路のオフセットにより、低精度コンパレータ回路Aの変換誤差を生じる。しかし、本実施形態では、高精度コンパレータ回路4と、上位ビットディジタルデータ補正エンコード回路5を用いることで、正確な上位ビットディジタルデータを得ることができるので、バッファ回路7とバッファ回路8によるオフセット誤差を1LSB以下にすれば、変換誤差を生じさせずにバッファ回路を挿入することが可能である。   In a normal circuit, when the buffer circuit 7 and the buffer circuit 8 are inserted into the input terminal of the low precision comparator circuit A, a conversion error of the low precision comparator circuit A occurs due to the offset of the buffer circuit. However, in the present embodiment, accurate high-order bit digital data can be obtained by using the high-precision comparator circuit 4 and the high-order bit digital data correction encoding circuit 5, so that the offset error caused by the buffer circuit 7 and the buffer circuit 8 can be obtained. Can be set to 1 LSB or less, a buffer circuit can be inserted without causing a conversion error.

このため、通常では変換誤差を生じるために挿入することができないバッファ回路7とバッファ回路8を低精度コンパレータ回路Aの入力端子に設置することが可能になる効果がある。そして、そのバッファ回路7とバッファ回路8を挿入することにより、入力電圧VINの信号線に接続する入力容量と、ラダー抵抗1が発生した基準電圧の信号線に接続する入力容量を大きく減らすことができる効果がある。それにより、低精度コンパレータ回路Aの動作を高速化できる効果がある。   Therefore, there is an effect that it is possible to install the buffer circuit 7 and the buffer circuit 8 that cannot normally be inserted due to a conversion error at the input terminal of the low precision comparator circuit A. By inserting the buffer circuit 7 and the buffer circuit 8, the input capacitance connected to the signal line of the input voltage VIN and the input capacitance connected to the signal line of the reference voltage generated by the ladder resistor 1 can be greatly reduced. There is an effect that can be done. Thereby, there is an effect that the operation of the low precision comparator circuit A can be speeded up.

1、101・・・ラダー抵抗
2・・・上位ビット用低精度コンパレータ群回路
2b・・・下位ビット用コンパレータ群回路
3・・・仮上位ビット電圧選択回路
3a・・・3入力論理和回路
3b・・・仮上位ビット電圧信号出力スイッチ回路
4・・・高精度コンパレータ回路
5・・・上位ビットディジタルデータ補正エンコード回路
5b・・・下位ビット用エンコード回路
6・・・下位ビット用基準電圧選択スイッチ群
6a・・・下位ビット用基準電圧選択スイッチ
7、8・・・バッファ回路
102・・・コンパレータ群回路
103・・・エンコード回路
A・・・(上位ビット用)低精度コンパレータ回路
B・・・(下位ビット用)コンパレータ回路
C1・・・高精度コンパレータ回路用コンデンサ
D・・・インバータ
OutPut・・・ディジタルデータ
REF・・・リファレンス電圧
SW1・・・高精度コンパレータ回路入力端子スイッチ
SW2・・・高精度コンパレータ回路のインバータDの入出力短絡用スイッチ
VIN・・・入力電圧
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 101 ... Ladder resistor 2 ... Low-precision comparator group circuit 2b for upper bits ... Comparator group circuit 3 for lower bits ... Temporary upper bit voltage selection circuit 3a ... 3-input OR circuit 3b ... Temporary upper bit voltage signal output switch circuit 4 ... High precision comparator circuit 5 ... Upper bit digital data correction encoding circuit 5b ... Lower bit encoding circuit 6 ... Lower bit reference voltage selection switch Group 6a: Lower bit reference voltage selection switches 7, 8 ... Buffer circuit 102 ... Comparator group circuit 103 ... Encoding circuit A ... (for upper bits) Low precision comparator circuit B ... Comparator circuit C1 (for low-order bits) High-precision comparator circuit capacitor D Inverter OutPut D Tal data REF · · · reference voltage SW1 · · · Precision Comparator circuit input terminal switches SW2 · · · precision comparator circuit of the input and output short-circuiting switch VIN · · · input voltage of the inverter D

Claims (2)

入力電圧を上位ビット用基準電圧と比較した結果に基づき仮上位ビット電圧信号を作成する仮上位ビット電圧選択回路と、前記入力電圧と前記仮上位ビット電圧信号を比較する高精度コンパレータ回路を有し、
前記高精度コンパレータ回路の出力に基づき上位ビットディジタルデータを補正して作成する上位ビットディジタルデータ補正エンコード回路を有し、
前記上位ビットディジタルデータに係わる下位ビット用基準電圧を選択する下位ビット用基準電圧選択スイッチ群を有し、
前記入力電圧を前記下位ビット用基準電圧と比較して下位ビットディジタルデータを作成する下位ビットディジタルデータ作成回路を有することを特徴とするAD変換回路。
A provisional high-order bit voltage selection circuit that creates a provisional high-order bit voltage signal based on a result of comparing the input voltage with a high-order bit reference voltage; and a high-precision comparator circuit that compares the input voltage and the provisional high-order bit voltage signal ,
An upper bit digital data correction encoding circuit for correcting and creating upper bit digital data based on the output of the high precision comparator circuit;
A lower bit reference voltage selection switch group for selecting a lower bit reference voltage related to the upper bit digital data;
An AD conversion circuit comprising a lower bit digital data creation circuit for creating lower bit digital data by comparing the input voltage with the lower bit reference voltage.
請求項1記載のAD変換回路であって、前記入力電圧の入力端子と前記上位ビット用基準電圧の入力端子にバッファ回路を備えた上位ビット用低精度コンパレータ群回路を用いて前記入力電圧を前記上位ビット用基準電圧と比較することを特徴とするAD変換回路。   2. The AD conversion circuit according to claim 1, wherein the input voltage is obtained by using an upper bit low-precision comparator group circuit including a buffer circuit at an input terminal of the input voltage and an input terminal of the upper bit reference voltage. An AD conversion circuit characterized by comparing with a reference voltage for upper bits.
JP2016078798A 2016-04-11 2016-04-11 AD converter circuit Pending JP2017191964A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016078798A JP2017191964A (en) 2016-04-11 2016-04-11 AD converter circuit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016078798A JP2017191964A (en) 2016-04-11 2016-04-11 AD converter circuit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2017191964A true JP2017191964A (en) 2017-10-19

Family

ID=60084919

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016078798A Pending JP2017191964A (en) 2016-04-11 2016-04-11 AD converter circuit

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2017191964A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7576677B2 (en) Pipeline A/D converter converting analog signal to digital signal
US8854243B2 (en) AD converter circuit and ad conversion method
US8570206B1 (en) Multi-bit per cycle successive approximation register ADC
US9054732B2 (en) SAR analog-to-digital conversion method and SAR analog-to-digital conversion circuit
US8902092B2 (en) Analog-digital conversion circuit and method
US9673832B2 (en) Successive approximation analog-to-digital converter and accuracy improving method thereof
JP2018050282A (en) Successive approximation resister ad converter
EP3090488A1 (en) Combining a coarse adc and a sar adc
US10084465B2 (en) Analog-to-digital converters with a plurality of comparators
TWI489788B (en) Multi-bit per cycle successive approximation register adc
CN101179273B (en) Analog-to-Digital Converter
US8587465B2 (en) Successive approximation analog to digital converter with comparator input toggling
JP2006121378A (en) A/d converter
JP2016213531A (en) AD converter and AD conversion method
CN102751989A (en) Analog-to-digital converter and signal processing system
US8258992B2 (en) Analog-to-digital converter
JP2017191964A (en) AD converter circuit
US7999718B2 (en) Analog-to-digital converter and electronic system including the same
JP2015130587A (en) A/d converter and a/d conversion method
JP4158731B2 (en) Ladder resistance type D / A conversion circuit
JP2004289759A (en) A/d converter
US8018368B2 (en) A/D converter
JP2016054446A (en) Analog signal generating device
JP2013157769A (en) Ad conversion circuit
KR101183876B1 (en) Weighted Capacitor Digital-to-Analog Converter adopting charge sharing scheme