專利名稱：模數(shù)轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明，涉及一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器。本發(fā)明特別涉及流水線(pipeline)型及循環(huán)(cyclic)型的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，移動(dòng)電話等移動(dòng)機(jī)器上，逐漸搭載了圖像拍攝功能、圖像再生功能、動(dòng)畫攝影功能、及動(dòng)畫再生功能等各種各樣的附加功能。隨之而來(lái)的是，對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(以下，稱“AD轉(zhuǎn)換器”)的小型化和省電化的要求也越來(lái)越高。作為這種AD轉(zhuǎn)換器的規(guī)格，公知的有構(gòu)成為循環(huán)型的循環(huán)AD轉(zhuǎn)換器(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。
圖1表示現(xiàn)有的循環(huán)AD轉(zhuǎn)換器的一例。在此AD轉(zhuǎn)換器中，通過第一開關(guān)SW1輸入的模擬信號(hào)Vin，由采樣保持電路11采樣保持為與輸入信號(hào)等同的模擬信號(hào)的同時(shí)，通過AD轉(zhuǎn)換電路12轉(zhuǎn)換為數(shù)字值。首先，取出高4位。由AD轉(zhuǎn)換電路12轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字值，由DA轉(zhuǎn)換電路13轉(zhuǎn)換為模擬值。減法電路14，從采樣保持電路11中采樣保持著的輸入模擬信號(hào)Vin中，將從DA轉(zhuǎn)換電路13輸入的模擬信號(hào)減去。減法電路14的輸出模擬信號(hào)，由第二放大電路15放大。放大后的模擬信號(hào)，通過第二開關(guān)SW2反饋給采樣保持電路11及AD轉(zhuǎn)換電路12。由于從第二次循環(huán)開始是取出3位，因此第二放大電路15，將輸入信號(hào)放大8倍。通過將此循環(huán)處理反復(fù)，獲得10位的數(shù)字值。
上述的循環(huán)AD轉(zhuǎn)換器和多級(jí)流水線型的AD轉(zhuǎn)換器，在取出高位后將與其對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)減去。從而，必須根據(jù)后段AD轉(zhuǎn)換電路要取出的位數(shù)，將減法計(jì)算后的模擬信號(hào)放大。
再有，在專利文獻(xiàn)1中，公開了由包含循環(huán)型的轉(zhuǎn)換部分的2段構(gòu)成的AD轉(zhuǎn)換器。在專利文獻(xiàn)1的第一圖的循環(huán)型AD轉(zhuǎn)換部分中，由于并聯(lián)型A/D轉(zhuǎn)換器AD2進(jìn)行3位的轉(zhuǎn)換，因此在向并聯(lián)型AD轉(zhuǎn)換器AD2進(jìn)行下次輸入前，必須以8倍這種較高的放大率將信號(hào)放大。由于與并聯(lián)型A/D轉(zhuǎn)換器AD2并聯(lián)設(shè)置的采樣保持電路S/H3沒有將信號(hào)放大，因此必須用減法電路SUB2及采樣保持電路S/H4放大8倍。
在上述專利文獻(xiàn)1的第一圖中，在前級(jí)段上設(shè)有采樣保持電路S/H1及具備放大功能的減法電路SUB1，在后級(jí)段上設(shè)有采樣保持電路S/H3、采樣保持電路S/H4及具備放大功能的減法電路SUB2。這里，采樣保持電路S/H1及采樣保持電路S/H3的增益，總共為1倍。此時(shí)，假定在采樣保持電路S/H1與采樣保持電路S/H3中，使用同樣的電路。
然而，放大電路中存在GB積(Gain Bandwidth product增益帶寬積)的界限。即，若要獲得較高的放大率將會(huì)降低放大電路的工作頻率，難以高速工作。特別是在循環(huán)型中，由于需要高于整體轉(zhuǎn)換速度的工作速度，因此放大電路妨礙了AD轉(zhuǎn)換器整體的高速化。
另一方面，放大電路中存在輸出電壓范圍，若使用這種輸出電壓范圍、或放大后可能產(chǎn)生偏差的這種范圍中的輸入電壓，放大后的輸出電壓中會(huì)產(chǎn)生偏差。從而，為了不產(chǎn)生增益誤差，就得使用一定范圍的輸入電壓，因此難以使用低電壓。
在上述圖1所示的AD轉(zhuǎn)換電路這種分為多次進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換的電路中，一般來(lái)說(shuō)隨著從高位開始進(jìn)行的AD轉(zhuǎn)換，對(duì)輸入的模擬信號(hào)的要求精度逐漸降低。從而，當(dāng)在包含采樣保持電路的、具有相同增益的放大電路中使用相同的電路時(shí)，由于在其他的放大電路中也照搬使用與最要求精度的放大電路相同的電路，因此就會(huì)變成超規(guī)格的設(shè)計(jì)。
專利文獻(xiàn)特開平4-26229號(hào)公報(bào)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是鑒于此狀況所進(jìn)行的發(fā)明，其目的在于實(shí)現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換器的高速化。
本發(fā)明的另一目的在于實(shí)現(xiàn)循環(huán)型的AD轉(zhuǎn)換器高速化。
本發(fā)明的又一目的在于同時(shí)實(shí)現(xiàn)循環(huán)型的AD轉(zhuǎn)換器的高速化和低電壓化這兩個(gè)目標(biāo)。
本發(fā)明的再一目的在于避免超規(guī)格設(shè)計(jì)，提高AD轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)效率。
本發(fā)明的第一技術(shù)方案，提供一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器，具有AD轉(zhuǎn)換電路，其將輸入模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為規(guī)定位數(shù)的數(shù)字值；DA轉(zhuǎn)換電路，其將AD轉(zhuǎn)換電路的輸出轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)；第一放大電路，其與AD轉(zhuǎn)換電路并聯(lián)設(shè)置，將輸入模擬信號(hào)以規(guī)定放大率進(jìn)行放大；減法電路，其從第一放大電路的輸出中，將以與第一放大電路進(jìn)行放大的放大率實(shí)質(zhì)相同的放大率進(jìn)行放大的DA轉(zhuǎn)換電路的輸出減去；以及第二放大電路，其將減法電路的輸出放大，并反饋到AD轉(zhuǎn)換電路及第一放大電路的輸入。
在用AD轉(zhuǎn)換電路輸出規(guī)定位的數(shù)字值的期間，用第一放大電路將輸入模擬信號(hào)以規(guī)定的放大率進(jìn)行放大。將DA轉(zhuǎn)換電路的輸出，以第一放大電路的放大率放大，并從第一放大電路的輸出中減去。第二放大電路，放大減法電路的輸出，并反饋到AD轉(zhuǎn)換電路及第一放大電路。這樣，通過將用于循環(huán)型AD轉(zhuǎn)換器中的第二循環(huán)以后的處理的模擬信號(hào)的放大，也由相當(dāng)于現(xiàn)有的采樣保持電路的第一放大電路實(shí)現(xiàn)，能夠降低第二放大電路的放大率，從而能夠令A(yù)D轉(zhuǎn)換器整體高速化。
也可以在由AD轉(zhuǎn)換電路及DA轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成的部分中，以與第一放大電路進(jìn)行放大的放大率實(shí)質(zhì)相同的放大率進(jìn)行放大。再有，生成DA轉(zhuǎn)換電路的參考電位的基準(zhǔn)電壓范圍、和生成AD轉(zhuǎn)換電路的參考電位的基準(zhǔn)電壓范圍之比，也可以根據(jù)規(guī)定的放大率來(lái)設(shè)定。
通過調(diào)整DA轉(zhuǎn)換電路的基準(zhǔn)電壓范圍和AD轉(zhuǎn)換電路的基準(zhǔn)電壓范圍之比，可以生成對(duì)應(yīng)第一放大電路的放大率的DA轉(zhuǎn)換電路的輸出模擬信號(hào)。
減法電路及第二放大電路也可以為一體化的減法放大電路；一體化的減法放大電路，以與第一放大電路進(jìn)行放大的放大率實(shí)質(zhì)相同的放大率，對(duì)AD轉(zhuǎn)換電路的輸出進(jìn)行放大，并從第一放大電路的輸出中進(jìn)行減法放大。再有，一體化的減法放大電路也可以包含運(yùn)算放大電路；在運(yùn)算放大電路中，連接有輸入第一放大電路的輸出的第一端子、和輸入DA轉(zhuǎn)換電路的輸出的第二端子；第二端子和DA轉(zhuǎn)換電路之間連接的電容、與第一端子和第一放大電路之間連接的電容之比，根據(jù)規(guī)定的放大率來(lái)設(shè)定。
在減法放大電路中通過對(duì)DA轉(zhuǎn)換電路的輸出進(jìn)行調(diào)整，能夠生成對(duì)應(yīng)第一放大電路的放大率的DA轉(zhuǎn)換電路的輸出模擬信號(hào)。
本發(fā)明的第二技術(shù)方案，提供一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器，具有AD轉(zhuǎn)換電路，其將輸入模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為規(guī)定位數(shù)的數(shù)字值；DA轉(zhuǎn)換電路，其將AD轉(zhuǎn)換電路的輸出轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)；第一放大電路，其與AD轉(zhuǎn)換電路并聯(lián)設(shè)置，將輸入模擬信號(hào)以第一放大率進(jìn)行放大；減法電路，其從第一放大電路的輸出中，減去以與第一放大電路進(jìn)行放大的放大率實(shí)質(zhì)相同的放大率進(jìn)行放大的DA轉(zhuǎn)換電路的輸出；以及第二放大電路，其將減法電路的輸出以第二放大率放大，并反饋到AD轉(zhuǎn)換電路。第一放大率及第二放大率的合計(jì)放大率，滿足必要放大率；第一放大率的值為大于1的值，并且在第二放大率的值以下。例如，第一放大率的值，為第二放大率的值的1/2以下的值。
依據(jù)該技術(shù)方案，通過在構(gòu)成循環(huán)型AD轉(zhuǎn)換部分的2個(gè)放大電路內(nèi)，將輸入側(cè)的放大電路的放大率設(shè)定為大于1的值，能夠降低減法計(jì)算后的放大電路的放大率，從而提高此放大電路的速度。因此，能夠令A(yù)D轉(zhuǎn)換器整體高速化。同時(shí)，通過將輸入側(cè)的放大電路的放大率設(shè)定在減法計(jì)算后的放大電路的放大率以下，能夠擴(kuò)大輸入側(cè)的放大電路的輸入電壓范圍，能夠?qū)崿F(xiàn)向此放大電路中輸入的信號(hào)的低電壓化。因此，能夠令A(yù)D轉(zhuǎn)換器整體低電壓化。
優(yōu)選第一放大率的值，為在第一放大電路中將期望的輸入電壓范圍的全部輸入信號(hào)收納于輸出電壓范圍中的最大值；第二放大率的值，為滿足必要放大率的剩余的值。對(duì)于使用期望的低電壓信號(hào)，可將最高速化的放大率設(shè)定于2個(gè)放大電路中。因此，能夠令A(yù)D轉(zhuǎn)換器整體高速化和低電壓化。
在上述第二技術(shù)方案的模數(shù)轉(zhuǎn)換器中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器是由多個(gè)級(jí)段構(gòu)成的流水線型的模數(shù)轉(zhuǎn)換器；多個(gè)級(jí)段中的至少一個(gè)級(jí)段包含上述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的循環(huán)型的級(jí)段。
這樣，提高設(shè)計(jì)為流水線型，可以將高位的轉(zhuǎn)換精度提高，并且能使循環(huán)部分提高速度，從而能夠令A(yù)D轉(zhuǎn)換器整體高速化。另外，通過確保循環(huán)部分的輸入側(cè)的放大電路的輸入電壓范圍，能夠令A(yù)D轉(zhuǎn)換器整體低電壓化。
第一放大率的值也可以為2。這樣，將DA轉(zhuǎn)換電路的輸出也放大2倍，這2倍的放大能夠比較容易地實(shí)現(xiàn)。例如，只要AD轉(zhuǎn)換電路采用單極性輸入，DA轉(zhuǎn)換電路采用差動(dòng)輸出即可。AD轉(zhuǎn)換電路和DA轉(zhuǎn)換電路的基準(zhǔn)電壓范圍之比為1∶2，而沒有必要生成額外的基準(zhǔn)電壓。
本發(fā)明的第三技術(shù)方案，提供一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器，具有AD轉(zhuǎn)換電路，其將輸入模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為規(guī)定位數(shù)的數(shù)字值；DA轉(zhuǎn)換電路，其將AD轉(zhuǎn)換電路的輸出轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)；第一放大電路，其與AD轉(zhuǎn)換電路并聯(lián)設(shè)置，將輸入模擬信號(hào)以第一放大率進(jìn)行放大；減法電路，其從第一放大電路的輸出中，減去以與第一放大電路進(jìn)行放大的放大率實(shí)質(zhì)相同的放大率放大的DA轉(zhuǎn)換電路的輸出；以及第二放大電路，將減法電路的輸出以第二放大率放大，并反饋到AD轉(zhuǎn)換電路。第一放大率及第二放大率的合計(jì)放大率，滿足必要放大率；將第一放大率設(shè)定為與第二放大率的值接近的值。例如，第一放大率的值和第二放大率的值之間的關(guān)系為1/2以上2以下的關(guān)系。
依據(jù)該技術(shù)方案，若令構(gòu)成循環(huán)型AD轉(zhuǎn)換部分的2個(gè)放大電路的放大率接近，就可不使用必須有較大放大率的放大電路。因此，根據(jù)上述GB積的關(guān)系能夠提高工作頻率，從而提高放大電路的速度。因此，能夠令A(yù)D轉(zhuǎn)換器整體速度提高。另外，由于放大電路中使用的放大用單位電容值變得接近，也能提高電容的布局平衡性。
第一放大率的值與第二放大率的值也可以為實(shí)質(zhì)相同的值。通過令其為實(shí)際相同的值，能夠令2者搭配的放大電路的放大速度達(dá)到最高速，從而能令A(yù)D轉(zhuǎn)換器整體達(dá)到最高速。另外，能夠使用相同規(guī)格的放大電路，可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，提高效率。
在上述第三技術(shù)方案的模數(shù)轉(zhuǎn)換器中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器是由多個(gè)級(jí)段構(gòu)成的流水線型的模數(shù)轉(zhuǎn)換器；多個(gè)級(jí)段中的至少一個(gè)級(jí)段包含上述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的循環(huán)型的級(jí)段。
這樣，通過設(shè)計(jì)為流水線型，可以將高位的轉(zhuǎn)換精度提高，而且能使循環(huán)部分提高速度，從而令A(yù)D轉(zhuǎn)換器整體高速化。
第一放大率的值也可以為2。這樣，將DA轉(zhuǎn)換電路的輸出也放大2倍，此2倍的放大比較容易實(shí)現(xiàn)。例如，只要在AD轉(zhuǎn)換電路中采用單極性輸入，在DA轉(zhuǎn)換電路中采用差動(dòng)輸出即可。AD轉(zhuǎn)換電路和DA轉(zhuǎn)換電路的基準(zhǔn)電壓之比為1∶2，沒有必要生成額外的基準(zhǔn)電壓。
本發(fā)明的第四技術(shù)方案，提供一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將輸入的模擬信號(hào)分為多次轉(zhuǎn)換為多位的數(shù)字信號(hào)，具有多個(gè)放大電路，該多個(gè)放大電路內(nèi)，具有實(shí)質(zhì)相同的放大率的2個(gè)以上放大電路，其電路常數(shù)及電路結(jié)構(gòu)的至少一方不同。
分為多次轉(zhuǎn)換為多位的數(shù)字信號(hào)的流水線型或循環(huán)型或二者混合型的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的多個(gè)放大電路，并不要求統(tǒng)一的精度。對(duì)接近高位部分進(jìn)行放大的放大電路要求較高的精度；越接近低位在精度上的要求也就越松。依據(jù)該技術(shù)方案，即使在具有實(shí)質(zhì)相同的放大率的放大率之間，由于對(duì)不同規(guī)格的電路常數(shù)及電路結(jié)構(gòu)的至少一方進(jìn)行選擇，能夠提高要求高精度的放大電路的電路常數(shù)及電路結(jié)構(gòu)的至少一方的規(guī)格；降低不太要求精度的放大電路的電路常數(shù)及電路結(jié)構(gòu)的至少一方的規(guī)格。從而，能夠在確保精度的前提下盡可能實(shí)現(xiàn)省電和小面積化，并能對(duì)AD轉(zhuǎn)換器整體進(jìn)行有效設(shè)計(jì)。再者，所謂“實(shí)質(zhì)相同的放大率”，包含雖然在放大電路等的理想性能上設(shè)計(jì)規(guī)格相同，但在實(shí)際上性能上的放大率有所差別的情況。再者，所謂“放大電路”，也包含1倍放大率、即采樣保持電路。
優(yōu)選，輸入模擬信號(hào)最初輸入的放大電路的電路常數(shù)及電路結(jié)構(gòu)的至少一方，比其他放大電路的電路常數(shù)及電路結(jié)構(gòu)的至少一方具有更高的規(guī)格。這樣，能提高處理最大信號(hào)的放大電路的精度。再有，也可以按輸入模擬信號(hào)在多個(gè)放大電路上傳遞的先后順序，讓該多個(gè)放大電路在電路常數(shù)及電路結(jié)構(gòu)的至少一方上具有由高到低的規(guī)格。這樣，隨著從高位變換向低位變換的轉(zhuǎn)移，對(duì)放大電路的精度要求也逐漸降低，從而提高設(shè)計(jì)效率。再者，所謂“高的規(guī)格”，包含提高放大電路的精度和速度等性能。
也可以是，多個(gè)放大電路包含運(yùn)算放大器作為構(gòu)成元件；運(yùn)算放大器的電路結(jié)構(gòu)，在具有實(shí)質(zhì)相同的放大率的放大電路中各不相同。通過對(duì)構(gòu)成運(yùn)算放大器的晶體管數(shù)量、其連接方式、各晶體管的規(guī)格、電源電壓等，可對(duì)放大電路的精度進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)將AD轉(zhuǎn)換器整體設(shè)計(jì)得高效。
多個(gè)放大電路由開關(guān)電容運(yùn)算放大器構(gòu)成；開關(guān)電容運(yùn)算放大器包含運(yùn)算放大器、與該運(yùn)算放大器的輸入端子連接的1個(gè)以上的第一電容、以及在運(yùn)算放大器的輸入端子和輸出端子間連接的1個(gè)以上的第二電容；第一電容及第二電容的電容值，在具有實(shí)質(zhì)相同的放大率的放大電路中各不相同。若增大作為開關(guān)電容運(yùn)算放大器的電路常數(shù)的第一電容及第二電容的電容值，則能降低由于第一電容的前段開關(guān)的電阻成分產(chǎn)生的熱噪聲。通過將第一電容及第二電容的電容值按各放大電路任意調(diào)整，可將AD轉(zhuǎn)換器整體設(shè)計(jì)得高效。再者，所謂“第一電容”及“第二電容”，也可分別由多個(gè)電容構(gòu)成。
也可以是，具有多個(gè)將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為規(guī)定位數(shù)的數(shù)字值的級(jí)段；多個(gè)級(jí)段內(nèi)的1個(gè)以上的級(jí)段，包含多個(gè)放大電路之中的1個(gè)放大電路；1個(gè)放大電路，對(duì)輸入的模擬信號(hào)、與將自身級(jí)段的轉(zhuǎn)換數(shù)字值轉(zhuǎn)換成模擬值之后的信號(hào)之差進(jìn)行放大，并反饋到自身級(jí)段的輸入中。這樣，通過對(duì)由具備單級(jí)放大的循環(huán)級(jí)段的多個(gè)級(jí)段構(gòu)成的流水線型AD轉(zhuǎn)換器的放大電路的電路常數(shù)及電路結(jié)構(gòu)的至少一方任意選擇，能夠?qū)D轉(zhuǎn)換器整體設(shè)計(jì)得高效。
也可以是，具有多個(gè)將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為規(guī)定位數(shù)的數(shù)字值的級(jí)段；多個(gè)級(jí)段內(nèi)的1個(gè)以上的級(jí)段，包含多個(gè)放大電路之中的2個(gè)放大電路；2個(gè)放大電路之中的第一放大電路，將輸入的模擬信號(hào)以規(guī)定的放大率進(jìn)行放大；2個(gè)放大電路之中的第二放大電路，將第一放大電路的輸出模擬信號(hào)、與按實(shí)質(zhì)相同于規(guī)定的放大率之放大率進(jìn)行放大并將自身級(jí)段的轉(zhuǎn)換數(shù)字值轉(zhuǎn)換成模擬值之后的信號(hào)之間的差值，以規(guī)定的放大率進(jìn)行放大，并反饋到自身級(jí)段的輸入中。這樣，通過對(duì)由具備兩級(jí)放大的循環(huán)級(jí)段的多個(gè)級(jí)段構(gòu)成的流水線型AD轉(zhuǎn)換器的放大電路的電路常數(shù)級(jí)電路結(jié)構(gòu)的至少一方任意選擇，能夠?qū)D轉(zhuǎn)換器整體設(shè)計(jì)得高效。另外，所謂“第一放大電路”，包含1倍放大率、即采樣保持電路。
也可以是，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路具有將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為規(guī)定位數(shù)的數(shù)字值的AD轉(zhuǎn)換電路、和將AD轉(zhuǎn)換電路的輸出轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的DA轉(zhuǎn)換電路；多個(gè)放大電路之中的第一放大電路，將輸入的模擬信號(hào)以規(guī)定的放大率進(jìn)行放大；多個(gè)放大電路之中的第二放大電路，將第一放大電路的輸出模擬信號(hào)、與按實(shí)質(zhì)相同于規(guī)定的放大率之放大率進(jìn)行的DA轉(zhuǎn)換電路的輸出模擬信號(hào)之間的差值，以規(guī)定的放大率進(jìn)行放大，并輸出給AD轉(zhuǎn)換電路及第一放大電路。這樣，通過對(duì)循環(huán)型AD轉(zhuǎn)換器的放大電路的電路常數(shù)級(jí)電路結(jié)構(gòu)的至少一方任意選擇，能夠?qū)D轉(zhuǎn)換器整體設(shè)計(jì)得高效。另外，所謂“第一放大電路”，包含1倍放大率、即采樣保持電路。
再者，將以上構(gòu)成要素的任意組合、及本發(fā)明的構(gòu)成要素和表現(xiàn)，在方法、裝置、系統(tǒng)等之間相互置換，也可以作為本發(fā)明的實(shí)施方式。


圖1表示現(xiàn)有的循環(huán)型AD轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)的圖。
圖2表示第一實(shí)施方式中的流水線型、及循環(huán)型AD轉(zhuǎn)換器的一部分結(jié)構(gòu)的圖。
圖3表示第一實(shí)施方式中的循環(huán)型AD轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)的圖。
圖4表示第一實(shí)施方式的第一實(shí)施例中的AD轉(zhuǎn)換電路及DA轉(zhuǎn)換電路的結(jié)構(gòu)的圖。
圖5表示第一實(shí)施方式的第二實(shí)施例中的減法放大電路的結(jié)構(gòu)的圖。
圖6表示第一實(shí)施方式的第二實(shí)施例中的減法放大電路的動(dòng)作過程的時(shí)序圖。
圖7表示第二實(shí)施方式的第一實(shí)施例中的AD轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)的圖。
圖8表示當(dāng)?shù)诙?shí)施方式中的放大電路的輸出電壓范圍不夠?qū)挄r(shí)，與輸入電壓相應(yīng)的輸出電壓的特性的圖。
圖9表示第二實(shí)施方式的第二實(shí)施例中的AD轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)的圖。
圖10表示第二實(shí)施方式的第三實(shí)施例中的AD轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)的圖。
圖11表示第三實(shí)施方式的第一實(shí)施例中的AD轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)的圖。
圖12表示第三實(shí)施方式的第一實(shí)施例中的AD轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)用另一個(gè)設(shè)定值例的圖。
圖13表示第三實(shí)施方式的第二實(shí)施例中的AD轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)的圖。
圖14表示第三實(shí)施方式的第三實(shí)施例中的AD轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)的圖。
圖15表示第四實(shí)施方式的第一實(shí)施例中的AD轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)的圖。
圖16表示第四實(shí)施方式的第一實(shí)施例中的AD轉(zhuǎn)換器的動(dòng)作過程的時(shí)序圖。
圖17表示第四實(shí)施方式中的單端開關(guān)電容運(yùn)算放大器的結(jié)構(gòu)的圖。
圖18為，用于對(duì)第四實(shí)施方式中的開關(guān)電容運(yùn)算放大器的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明的時(shí)序圖。
圖19表示第四實(shí)施方式中的單端中的運(yùn)算放大器的差動(dòng)放大部分的等價(jià)電路的圖。
圖20表示第四實(shí)施方式中的完全差動(dòng)方式的開關(guān)電容運(yùn)算放大器的結(jié)構(gòu)的圖。
圖21表示第四實(shí)施方式中的完全差動(dòng)方式中的運(yùn)算放大器的差動(dòng)放大部分的等價(jià)電路的圖。
圖22表示第四實(shí)施方式中的單端中的運(yùn)算放大器的差動(dòng)放大部分的等價(jià)電路的第一變形例的圖。
圖23表示第四實(shí)施方式中的單端中的運(yùn)算放大器的差動(dòng)放大部分的等價(jià)電路的第二變形例的圖。
圖24表示第四實(shí)施方式的第二實(shí)施例中的AD轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)的圖。
具體實(shí)施例方式
(第一實(shí)施方式)首先，對(duì)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的基本概念進(jìn)行說(shuō)明。圖2表示用于對(duì)本發(fā)明第一實(shí)施方式的基本概念進(jìn)行說(shuō)明的基本電路圖。該基本電路，為表示循環(huán)型及流水線型AD轉(zhuǎn)換器的一部分的電路。輸入模擬信號(hào)，被輸入到放大電路11及AD轉(zhuǎn)換電路12中。AD轉(zhuǎn)換電路12，將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為規(guī)定位數(shù)的數(shù)字值后，輸出到圖中未表示的編碼裝置中。AD轉(zhuǎn)換電路12中，設(shè)定有多個(gè)參考電位。參考電位的設(shè)定數(shù)，根據(jù)輸出的位數(shù)不同而不同。
DA轉(zhuǎn)換電路13，將從AD轉(zhuǎn)換電路12輸出的規(guī)定位的數(shù)字值轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。放大電路11，將輸入的模擬信號(hào)采樣保持后進(jìn)行放大。該放大率為α倍。這里，令α為大于1的值。減法電路14，從放大電路11的輸出中，將DA轉(zhuǎn)換電路13的輸出減去。這里，放大電路11的輸出，為輸入模擬信號(hào)的α倍。與此對(duì)應(yīng)，DA轉(zhuǎn)換電路13的輸出也必須放大α倍。這樣，就生成了去除掉了用AD轉(zhuǎn)換電路12輸出的位成分的模擬信號(hào)。放大α倍的具體結(jié)構(gòu)，在后文詳述。
這樣，能向在圖中未表示的后段的放大電路和AD轉(zhuǎn)換電路中，送去將去除了用AD轉(zhuǎn)換電路12輸出的位成分的模擬信號(hào)放大后的信號(hào)。從而，能夠減輕后續(xù)的處理。另外，在循環(huán)型中，也能減小圖中未表示的反饋電路中的放大電路的放大率。
圖3表示使用圖2所示的基本結(jié)構(gòu)電路的循環(huán)型的AD轉(zhuǎn)換器的一個(gè)構(gòu)成例的圖。輸入模擬信號(hào)Vin，通過第一開關(guān)SW1輸入到第一放大電路11及AD轉(zhuǎn)換電路12中。這里，輸入模擬信號(hào)Vin中，包含作為前段或者后段的各單元的輸出信號(hào)的模擬信號(hào)。AD轉(zhuǎn)換電路12，將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為最大4位的數(shù)字值后，輸出到圖中未表示的編碼器中。第一次循環(huán)，輸出高4位(D9～D6)。
DA轉(zhuǎn)換電路13，將從AD轉(zhuǎn)換電路12輸出的最大4位的數(shù)字值轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。第一放大電路11，將輸入的模擬信號(hào)Vin采樣保持后進(jìn)行放大。該放大率為2倍。減法電路14，從第一放大電路11的輸出中，將DA轉(zhuǎn)換電路13的輸出減去。這樣，生成去除了高4位成分的模擬信號(hào)。這里，第一放大電路11的輸出為輸入模擬信號(hào)Vin的2倍。與此對(duì)應(yīng)，必須令DA轉(zhuǎn)換電路13的輸出也放大2倍。放大2倍的具體結(jié)構(gòu)，在后文詳述。再者，當(dāng)用第一放大電路11以2倍以外的放大率進(jìn)行放大時(shí)，也使DA轉(zhuǎn)換電路13的輸出與該放大率對(duì)應(yīng)。
第二放大電路15，將減法電路14的輸出以4倍的放大率進(jìn)行放大。然后，將輸出通過第二開關(guān)SW2反饋給第一放大電路11及AD轉(zhuǎn)換電路12。若以AD轉(zhuǎn)換電路12的參考電位相同為前提，為了在第二次循環(huán)中取出3位(D5～D3)，必須將去除高4位成分之后的模擬信號(hào)實(shí)際上擴(kuò)大為8(2的3次方)倍。因此，通過第一放大電路1(×2)及第二放大電路15(×4)實(shí)際擴(kuò)大為8倍。
AD轉(zhuǎn)換電路12，在第二次循環(huán)中將3位(D5～D3)輸出給圖中未表示的編碼器。DA轉(zhuǎn)換電路13，將從AD轉(zhuǎn)換電路12輸出的3位(D5～D3)數(shù)字值轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。以下，與第一次循環(huán)的處理相同反復(fù)。
歸納一下，在第一階段，第一開關(guān)SW1為導(dǎo)通、第二開關(guān)SW2為關(guān)斷，AD轉(zhuǎn)換電路12，生成最后要轉(zhuǎn)換出的10位的高位第1～4位的值(D9～D6)。第二、3階段中，第一開關(guān)SW1為關(guān)斷、第二開關(guān)SW2為導(dǎo)通，并生成10位中的從最高位開始的第5～7位的值(D5～D3)、和第8～10位的值(D2～D0)。
再者，若在第二次循環(huán)以后AD轉(zhuǎn)換電路12每2位進(jìn)行輸出，就必須再有1次循環(huán)。此時(shí)，第一放大電路11及第二放大電路15，就不是合計(jì)放大8倍而是合計(jì)放大4倍。
在上述的說(shuō)明中，雖然對(duì)減法電路14及第二放大電路15單獨(dú)進(jìn)行了說(shuō)明，但也可使用具備減法功能的減法放大電路16以代之。這樣，能夠令電路簡(jiǎn)化。另外如后文所述，能夠?qū)?lái)自第一放大電路11的輸出、與來(lái)自DA轉(zhuǎn)換電路13的輸出之比進(jìn)行調(diào)整。
(第一實(shí)施方式的第一實(shí)施例)下面，對(duì)將DA轉(zhuǎn)換電路的輸出擴(kuò)大α倍的方法進(jìn)行說(shuō)明。圖4表示圖2、3所示的AD轉(zhuǎn)換器中的AD轉(zhuǎn)換電路以及DA轉(zhuǎn)換電路的電路圖。AD轉(zhuǎn)換電路12，為全并列比較、即快閃(flash)方式。AD轉(zhuǎn)換電路12，具備n個(gè)電阻R和1個(gè)電阻Rx、及n個(gè)電壓比較元件D1～Dn。電壓比較元件D1～Dn的輸出，被輸入到DA轉(zhuǎn)換電路13及圖中未表示的編碼器中。
電阻R1～n及電阻Rx，串聯(lián)連接于施有高電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRT的高電位側(cè)節(jié)點(diǎn)、與施有低電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRB的低電位側(cè)節(jié)點(diǎn)N32之間。這里，將低電位側(cè)節(jié)點(diǎn)N32和高電位側(cè)節(jié)點(diǎn)N31之間的n個(gè)電阻R1～Rn中夾著的、以及最低位的電阻R1和低電位側(cè)節(jié)點(diǎn)N32中夾著的各個(gè)節(jié)點(diǎn)N41～N4n的電位，分別設(shè)定為參考電位VR(1)～VR(n)。電阻R1～Rn，具有相同的阻值，并生成等間隔的參考電位VR(1)～VR(n)。
AD轉(zhuǎn)換電路12由于是單一輸入，其基準(zhǔn)電壓范圍也是單一的(高電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRT-低電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRB)。由于DA轉(zhuǎn)換電路13為差動(dòng)輸出，其基準(zhǔn)電壓范圍，是將|高電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRT-低電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRB|、與|低電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRB-高電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRT|合在一起的。從而，即使在沒有連接電阻Rx的狀態(tài)下，若像這樣只令A(yù)D轉(zhuǎn)換電路12為單一輸入，采用差動(dòng)結(jié)構(gòu)的DA轉(zhuǎn)換電路13的基準(zhǔn)電壓范圍，也能設(shè)置為AD轉(zhuǎn)換電路12的基準(zhǔn)電壓范圍的2倍。
電阻Rx，為用于對(duì)高電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRT進(jìn)行降壓的電阻。若想將DA轉(zhuǎn)換電路13的輸出放大4倍，就要將高電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRT降壓到1/2。此時(shí)，設(shè)定電阻R1～Rn的合成電阻值、與電阻Rx的阻值相等。若想將DA轉(zhuǎn)換電路13的輸出放大8倍，就要將高電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRT降壓為1/4。另外，若令電阻Rx為可變電阻，就能對(duì)AD轉(zhuǎn)換電路12的基準(zhǔn)電壓范圍進(jìn)行任意變更。以上，是令A(yù)D轉(zhuǎn)換電路12為單一輸入、DA轉(zhuǎn)換電路13為差動(dòng)輸入的情況的示例。當(dāng)然，令這二者都為單一、或者差動(dòng)輸入的情況，也能應(yīng)用電阻Rx。此時(shí)，由于插入電阻Rx，DA轉(zhuǎn)換電路13的基準(zhǔn)電壓范圍就不是4倍、8倍的放大率，而分別是2倍、4倍。
向各電壓比較元件D1～Dn的同相輸入端中，輸入模擬信號(hào)Vin。另外，向各電壓比較元件D1～Dn的反相輸入端中，施與各個(gè)節(jié)點(diǎn)N41～N4n的參考電位VR(1)～VR(n)。
這樣，各電壓比較單元D1～Dn的輸出信號(hào)VD1～VDn，分別當(dāng)模擬信號(hào)Vin比參考電位VR(1)～VR(n)高時(shí)變?yōu)楦唠娖?，分別當(dāng)模擬信號(hào)Vin比參考電位VR(1)～VR(n)低時(shí)變?yōu)榈碗娖健?br> 圖中未表示的編碼器，將各電壓比較單元D1～Dn的輸出信號(hào)VD1～VDn進(jìn)行編碼，并輸出與電壓比較單元D1～Dn的個(gè)數(shù)對(duì)應(yīng)的位數(shù)的數(shù)字信號(hào)Dout。
DA轉(zhuǎn)換電路13，為電容陣列式DA轉(zhuǎn)換電路。DA轉(zhuǎn)換電路13，由陣列狀連接的各n個(gè)正側(cè)VRT開關(guān)E1～En、負(fù)側(cè)VRT開關(guān)F1～Fn、正側(cè)VRB開關(guān)G1～Gn、負(fù)側(cè)VRB開關(guān)H1～Hn、n個(gè)正側(cè)電容B1～Bn、及n個(gè)負(fù)側(cè)電容C1～Cn構(gòu)成。
正側(cè)電容B1～Bn、負(fù)側(cè)電容C1～Cn，全都具有相同的電容值c。從正側(cè)電容B1～Bn一個(gè)端子(以下，稱作輸出端子)輸出差動(dòng)正側(cè)輸出電壓VDA(+)。從負(fù)側(cè)電容C1～Cn一個(gè)端子(以下，稱作輸出端子)輸出差動(dòng)負(fù)側(cè)輸出電壓VDA(-)。再者，正側(cè)電容B1～Bn，負(fù)側(cè)電容C1～Cn的另一個(gè)端子稱作輸入端子。
正側(cè)VRT開關(guān)E1～En的一個(gè)端子與高電位側(cè)節(jié)點(diǎn)N31連接，另一個(gè)端子與正側(cè)電容B1～Bn的輸入端子連接。負(fù)側(cè)VRT開關(guān)F1～Fn的一個(gè)端子與高電位側(cè)節(jié)點(diǎn)N31連接，另一個(gè)端子與負(fù)側(cè)電容C1～Cn的輸入端子連接。正側(cè)VRB開關(guān)G1～Gn的一個(gè)端子與低電位側(cè)節(jié)點(diǎn)N32連接，另一個(gè)端子與正側(cè)電容B1～Bn的輸入端子連接。負(fù)側(cè)VRB開關(guān)H1～Hn的一個(gè)端子與低電位側(cè)節(jié)點(diǎn)N32連接，另一個(gè)端子與負(fù)側(cè)電容C1～Cn的輸入端子連接。
正側(cè)VRT開關(guān)E1～En、負(fù)側(cè)VRT開關(guān)F1～Fn、正側(cè)VRB開關(guān)G1～Gn、負(fù)側(cè)VRB開關(guān)H1～Hn，分別由同一型號(hào)的開關(guān)構(gòu)成4連開關(guān)。例如，正側(cè)VRT開關(guān)E1、負(fù)側(cè)VRT開關(guān)F1、正側(cè)VRB開關(guān)G1、負(fù)側(cè)VRB開關(guān)H1為一連；正側(cè)VRT開關(guān)En、負(fù)側(cè)VRT開關(guān)Fn、正側(cè)VRB開關(guān)Gn、負(fù)側(cè)VRB開關(guān)Hn也為一連。然后，正側(cè)VRT開關(guān)E1～En、負(fù)側(cè)VRT開關(guān)F1～Fn、正側(cè)VRB開關(guān)G1～Gn、負(fù)側(cè)VRB開關(guān)H1～Hn，分別根據(jù)各電壓比較元件D1～Dn的輸出電平進(jìn)行導(dǎo)通關(guān)斷(on/off)動(dòng)作。例如，當(dāng)電壓比較元件Dn的輸出為高電平時(shí)，正側(cè)VRT開關(guān)En、負(fù)側(cè)VRB開關(guān)Hn導(dǎo)通，正側(cè)VRB開關(guān)Gn，負(fù)側(cè)VRT開關(guān)Fn關(guān)斷。相反，當(dāng)電壓比較元件Dn的輸出為低電平時(shí)，正側(cè)VRT開關(guān)En、負(fù)側(cè)VRB開關(guān)Hn關(guān)斷，正側(cè)VRB開關(guān)Gn，負(fù)側(cè)VRT開關(guān)Fn導(dǎo)通。
下面，對(duì)DA轉(zhuǎn)換電路13的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。在初始條件下，各正側(cè)電容B1～Bn、各負(fù)側(cè)電容C1～Cn的輸入端子及輸出端子的電位實(shí)際上全部為0V。正側(cè)VRT開關(guān)E1～En、負(fù)側(cè)VRT開關(guān)F1～Fn、正側(cè)VRB開關(guān)G1～Gn、負(fù)側(cè)VRB開關(guān)H1～Hn，全部為關(guān)斷狀態(tài)。從而，在初始條件下，全部的正側(cè)電容B1～Bn、負(fù)側(cè)電容C1～Cn中蓄積的電荷Q1＝0。
這里，當(dāng)n個(gè)電壓比較單元D1～Dn之中m個(gè)輸出為高電平時(shí)，正側(cè)VRT開關(guān)E1～En之中有m個(gè)導(dǎo)通、(n-m)個(gè)關(guān)斷，正側(cè)VRB開關(guān)G1～Gn之中(n-m)個(gè)導(dǎo)通、m個(gè)關(guān)斷。根據(jù)此正側(cè)VRT開關(guān)E1～En、正側(cè)VRB開關(guān)G1～Gn的導(dǎo)通關(guān)斷動(dòng)作，所有的正側(cè)電容B1～Bn中蓄積的電荷Q2如下式(A1)所示。
Q2＝m{VRT-VDA(+)}c+(n-m){VRB-VDA(+)}c…(A1)根據(jù)電荷守恒定律，Q1＝Q2。從而，模擬信號(hào)VDA(+)，如下式(A2)所示。
VDA(+)＝VRB+m(VRT-VRB)/n …(A2)另一方面，當(dāng)n個(gè)電壓比較單元D1～Dn之中m個(gè)輸出為高電平時(shí)，負(fù)側(cè)VRB開關(guān)H1～Hn之中有m個(gè)導(dǎo)通、(n-m)個(gè)關(guān)斷，負(fù)側(cè)VRT開關(guān)F1～Fn之中(n-m)個(gè)導(dǎo)通、m個(gè)關(guān)斷。根據(jù)此負(fù)側(cè)VRB開關(guān)H1～Hn、負(fù)側(cè)VRT開關(guān)F1～Fn的導(dǎo)通關(guān)斷動(dòng)作，所有的負(fù)側(cè)電容C1～Cn中蓄積的電荷Q3如下式(A3)所示。
Q3＝(n-m){VRT-VDA(-)}c+m{VRB-VDA(-)}c…(A3)根據(jù)電荷守恒定律，Q1＝Q3。從而，模擬信號(hào)VDA(-)，如下式(A4)所示。
VDA(-)＝VRT-m(VRT-VRB)/n …(A4)從而，根據(jù)上式(A2)、(A4)，差動(dòng)模擬信號(hào)VDA如下式(A5)所示。
VDA＝VDA(+)+VDA(-)＝VRB-VRT+2m(VRT-VRB)/n …(A5)這樣，通過將提供給AD轉(zhuǎn)換電路12的基準(zhǔn)電壓范圍{VRT-(由電阻Rx產(chǎn)生的壓降部分)-VRB}、與提供給DA轉(zhuǎn)換電路13的基準(zhǔn)電壓范圍{|VRT-VRB|}×2設(shè)定為規(guī)定的比率，就能將DA轉(zhuǎn)換電路13的輸出以規(guī)定的倍率進(jìn)行放大。這里，當(dāng)AD轉(zhuǎn)換電路12為單一輸入、DA轉(zhuǎn)換電路13為差動(dòng)輸入時(shí)，即使不連接電阻Rx也能獲得2倍的放大率。還有，連接電阻Rx能夠?qū)D轉(zhuǎn)換電路12的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行變更。另外，在DA轉(zhuǎn)換電路13中，若連接圖中未表示的電阻，也能對(duì)DA轉(zhuǎn)換電路13的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行變更。這樣，由于能夠?qū)D轉(zhuǎn)換電路12及DA轉(zhuǎn)換電路13的任何一個(gè)基準(zhǔn)電壓范圍進(jìn)行任意變更，因此能夠?qū)@兩者的基準(zhǔn)電壓范圍之比進(jìn)行任意設(shè)定。通過設(shè)定此基準(zhǔn)電壓之比，能夠?qū)?yīng)第一放大電路11的放大率，對(duì)DA轉(zhuǎn)換電路13的輸出進(jìn)行放大。
(第一實(shí)施方式的第二實(shí)施例)第一實(shí)施方式的第二實(shí)施例為，將提供給AD轉(zhuǎn)換電路12的基準(zhǔn)電壓范圍和提供給DA轉(zhuǎn)換電路13的基準(zhǔn)電壓范圍保持為相同、并在減法放大電路16中將DA轉(zhuǎn)換電路13的輸出放大α倍的示例。圖5表示減法放大電路的電路圖。另外，圖5為，用于對(duì)減法放大電路的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明的時(shí)序圖。減法放大電路16，為完全差動(dòng)方式的減法放大電路。
圖5中，運(yùn)算放大電路20的同相輸入端與+輸入側(cè)節(jié)點(diǎn)Na連接，反相輸入端子與-輸入側(cè)節(jié)點(diǎn)Nb連接。另外，運(yùn)算放大電路20的反相輸出端子，與+輸出側(cè)節(jié)點(diǎn)NO1連接，同時(shí)還通過+側(cè)的反饋電容2a與同相輸入端子連接。同相輸出端子，與-輸出側(cè)節(jié)點(diǎn)NO2連接，同時(shí)還通過-側(cè)的反饋電容2b與反相輸入端連接。
+輸入側(cè)節(jié)點(diǎn)Na通過第三開關(guān)SW11與自動(dòng)零(auto zero)電位連接，-輸入測(cè)節(jié)點(diǎn)Nb通過第四開關(guān)SW12與自動(dòng)零電位連接。另外，+輸入側(cè)節(jié)點(diǎn)Na，通過+Vin用電容3a與+Vin節(jié)點(diǎn)N11連接、并且通過+VDA用電容4a與+VDA節(jié)點(diǎn)N12連接。-輸入側(cè)節(jié)點(diǎn)Nb，通過-Vin用電容3b與-Vin節(jié)點(diǎn)N21連接、并且通過-VDA用電容4b與-VDA節(jié)點(diǎn)N22連接。第五開關(guān)SW13、第六開關(guān)SW14，以與第三開關(guān)SW11、第四開關(guān)SW12相同的時(shí)刻進(jìn)行動(dòng)作。再者，第三開關(guān)SW11及第五開關(guān)SW13也可不與自動(dòng)零電位連接，而用與+輸入側(cè)節(jié)點(diǎn)Na和+輸出側(cè)節(jié)點(diǎn)NO1連接的開關(guān)代之。對(duì)于第四開關(guān)SW12及第六開關(guān)SW14來(lái)說(shuō)也是同樣的。
向+Vin節(jié)點(diǎn)N11中輸入從Vin(+)變?yōu)閂a的電壓，向+VDA節(jié)點(diǎn)N12中輸入從Vb變?yōu)閂DA(+)的電壓。向-Vin節(jié)點(diǎn)N21中輸入從Vin(-)變?yōu)閂a的電壓，向-VDA節(jié)點(diǎn)N22中輸入從Vb變?yōu)閂DA(-)的電壓。Va、Vb為任意設(shè)定的電壓。從+輸出側(cè)節(jié)點(diǎn)NO1輸出電壓Vout(+)，從-輸出側(cè)節(jié)點(diǎn)NO2輸出電壓Vout(-)。+輸出側(cè)節(jié)點(diǎn)NO1、-輸出側(cè)節(jié)點(diǎn)NO2之間的差分電壓Vout如下式(A6)所示。
Vout＝Vout(+)-Vout(-) …(A6)接下來(lái)，參照?qǐng)D6對(duì)圖5的減法放大電路的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。這里，分別設(shè)反饋電容2a、2b的電容值為C、分別設(shè)Vin用電容3a、3b的電容值為KC。分別設(shè)VDA用電容4a、4b的電容值為XKC。K為常數(shù)。X為可任意設(shè)定的變量。另外，設(shè)自動(dòng)零用電位為Vag。
首先，令第三～第六開關(guān)SW11～SW14為導(dǎo)通。然后，向+Vin節(jié)點(diǎn)N11輸入電壓Vin(+)，向+VDA節(jié)點(diǎn)N12輸入設(shè)定電壓Vb，向-Vin節(jié)點(diǎn)N21輸入電壓Vin(-)，向-VDA節(jié)點(diǎn)N22輸入設(shè)定電壓Vb。+
輸出側(cè)節(jié)點(diǎn)NO1、-輸出側(cè)節(jié)點(diǎn)NO2為自動(dòng)零電位Vag。此時(shí)，+輸入側(cè)節(jié)點(diǎn)Na的電荷QAA如下式(A7)所示。
QAA＝{Vag-Vin(+)}KC+(Vag-Vb)XKC…(A7)另外，-輸入側(cè)節(jié)點(diǎn)NB的電荷QAB如下式(A8)所示。
QAB＝{Vag-Vin(-)}KC+(Vag-Vb)XKC…(A8)然后，令第三～第六開關(guān)SW11～SW14為關(guān)斷。然后，向+Vin節(jié)點(diǎn)N11輸入設(shè)定電壓Va，向+VDA節(jié)點(diǎn)N12輸入電壓VDA(+)，向-Vin節(jié)點(diǎn)N21輸入設(shè)定電壓Va，向-VDA節(jié)點(diǎn)N22輸入電壓VDA(-)。令+輸出側(cè)節(jié)點(diǎn)NO1、-輸出側(cè)節(jié)點(diǎn)NO2的電壓分別為Vout(+)及Vout(-)。此時(shí)，+輸入側(cè)節(jié)點(diǎn)Na的電荷QBA如下式(A9)所示。
QBA＝(Vag-Va)KC+{Vag-VDA(+)}XKC+{Vag-Vout(+)}C…(A9)另外，-輸入側(cè)節(jié)點(diǎn)Nb的電荷QBB如下式(A10)所示。
QBB＝(Vag-Va)KC+{Vag-VDA(-)}XKC+{Vag-Vout(-)}C…(A10)由于+輸入側(cè)節(jié)點(diǎn)Na、-輸入側(cè)節(jié)點(diǎn)Nb中沒有電荷逃出的路徑，因此根據(jù)電荷守恒定律就有QAA＝QBA及QAB＝QBB，下式(A11)、(A12)成立。
Vout(+)＝Vag+{Vin(+)-VDA(+)X-Va+VbX}K …(A11)Vout(-)＝Vag+{Vin(-)-VDA(-)X-Va+VbX}K …(A12)從而，電壓差Vout如下式(A13)所示。
Vout＝Vout(+)-Vout(-)＝{Vin(+)-VDA(+)X-Va+VbX}K-{Vin(-)-VDA(-)X-Va+VbX}K＝{Vin(+)-VDA(+)X}K-{Vin(-)-VDA(-)X}K＝[{Vin(+)-Vin(-)}-X{VDA(+)-VDA(-)}]×K…(A13)即，從差動(dòng)輸入模擬信號(hào)Vin中，減去將來(lái)自DA轉(zhuǎn)換電路13的差動(dòng)模擬信號(hào)VDA放大了X倍的值，并將該值放大K倍。
從而，通過將與VDA用電容4a、4b的電容值C相乘的變量X設(shè)定為期望值，就能夠?qū)腄A轉(zhuǎn)換電路13輸入的VDA(+)、VDA(-)的值進(jìn)行調(diào)整。這樣，例如令第一放大電路11的放大率為2倍時(shí)，即使向DA轉(zhuǎn)換電路13、供給與向AD轉(zhuǎn)換電路12供給的基準(zhǔn)電壓范圍相同的基準(zhǔn)電壓范圍，若令變量X為2倍從而令VDA用電容4a、4b的電容值擴(kuò)大為2倍，也能獲得將DA轉(zhuǎn)換電路13的輸出放大2倍的相同的結(jié)果。
本實(shí)施方式的第二實(shí)施例，由于不依賴于AD轉(zhuǎn)換電路12及DA轉(zhuǎn)換電路13的基準(zhǔn)電位，因此放大率的自由度較高。即，不受到由外部輸入的高電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRT和低電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRB生成的基準(zhǔn)電壓范圍的約束。另外，也可將本實(shí)施方式的第一實(shí)施例和第二實(shí)施例進(jìn)行組合。即，可對(duì)來(lái)自調(diào)整后的DA轉(zhuǎn)換電路13的模擬信號(hào)VDA，用減法放大電路的電容進(jìn)行調(diào)整。
以上，對(duì)第一實(shí)施方式以實(shí)施例為基礎(chǔ)進(jìn)行了說(shuō)明。此實(shí)施例為示例，其各構(gòu)成要素和各處理過程的組合可以成為各種變形例。另外，這種變形例也在本實(shí)施方式的范圍內(nèi)，作為本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)可以理解。
本實(shí)施方式的各實(shí)施例所述的AD轉(zhuǎn)換電路的轉(zhuǎn)換位數(shù)和其分配、放大電路的放大率、電容值等參數(shù)也不過是一個(gè)示例，在變形例中這些參數(shù)也可采用其他的數(shù)值。
第一實(shí)施例中，為了令A(yù)D轉(zhuǎn)換電路的基準(zhǔn)電壓范圍和DA轉(zhuǎn)換電路的基準(zhǔn)電壓范圍為規(guī)定比，在AD轉(zhuǎn)換電路中設(shè)置了降低高電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRT的電阻。關(guān)于這點(diǎn)，也可在AD轉(zhuǎn)換電路及DA轉(zhuǎn)換電路這兩方都設(shè)置降壓用的電阻，通過這兩方的電阻之比來(lái)進(jìn)行調(diào)整。另外，為了令A(yù)D轉(zhuǎn)換電路的基準(zhǔn)電壓范圍和DA轉(zhuǎn)換電路基準(zhǔn)電壓范圍為規(guī)定比，也可使用其他的電壓調(diào)整方法。
(第二實(shí)施方式)(第二實(shí)施方式的第一實(shí)施例)圖7表示第二實(shí)施方式的第一實(shí)施例中的循環(huán)型AD轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)圖。此AD轉(zhuǎn)換器，通過循環(huán)將10位的數(shù)字值分為3次進(jìn)行轉(zhuǎn)換。最初階段，第一開關(guān)SW201為導(dǎo)通狀態(tài)，第二開關(guān)SW202為關(guān)斷狀態(tài)。輸入模擬信號(hào)Vin，通過第一開關(guān)SW201輸入到第一放大電路2011及AD轉(zhuǎn)換電路2012中。AD轉(zhuǎn)換電路2012，將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為最大4位的數(shù)字值后，輸出到圖中未表示的編碼器中。首先，輸出10位中的高4位(D9～D6)。
DA轉(zhuǎn)換電路2013，將從AD轉(zhuǎn)換電路2012輸出的最大4位的數(shù)字值轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。第一放大電路2011，將輸入的模擬信號(hào)Vin采樣保持后進(jìn)行放大。該放大率為α倍。減法電路2014，從第一放大電路2011的輸出中，減去DA轉(zhuǎn)換電路2013的輸出。這樣，生成去除了高4位的成分的模擬信號(hào)。這里，第一放大電路2011的輸出為輸入模擬信號(hào)Vin的α倍。與此對(duì)應(yīng)，DA轉(zhuǎn)換電路2013的輸出也必須為α倍。
這里，對(duì)將DA轉(zhuǎn)換電路2013的輸出放大α倍的方法進(jìn)行簡(jiǎn)單說(shuō)明。AD轉(zhuǎn)換電路2012及DA轉(zhuǎn)換電路2013中，供給有高電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRT和低電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRB。AD轉(zhuǎn)換電路2012，利用基于高電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRT和低電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRB生成的基準(zhǔn)電壓范圍生成參考電壓。在電容陣列方式中，DA轉(zhuǎn)換電路2013，通過向圖中未表示的多個(gè)設(shè)置的各個(gè)電容中，根據(jù)來(lái)自AD轉(zhuǎn)換電路2012控制，選擇性地供給高電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRT和低電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRB，獲得輸出電壓。DA轉(zhuǎn)換電路2013的基準(zhǔn)電壓范圍，也基于高電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRT和低電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRB生成。此時(shí)，可將AD轉(zhuǎn)換電路2012的基準(zhǔn)電壓范圍、和DA轉(zhuǎn)換電路2013的基準(zhǔn)電壓范圍之比，設(shè)定為1∶α。例如，當(dāng)?shù)谝环糯箅娐?011的放大率為2倍時(shí)，將AD轉(zhuǎn)換電路2012的基準(zhǔn)電壓范圍、和DA轉(zhuǎn)換電路2013的基準(zhǔn)電壓范圍之比設(shè)定為1∶2。
第二放大電路2015，將減法電路2014的輸出以β倍的放大率進(jìn)行放大。這里，減法電路2014及第二放大電路2015，也可為一體化的減法放大電路2016。這樣，能夠簡(jiǎn)化電路。
在此階段中，令第一開關(guān)SW201變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)、第二開關(guān)SW202變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。第二放大電路2015，將放大后的信號(hào)，通過第二開關(guān)SW202反饋給第一放大電路2011及AD轉(zhuǎn)換電路2012。若以AD轉(zhuǎn)換電路2012的參考電位相同為前提，為了取出接下來(lái)的3位(D5～D3)，就必須將去除高4位成分之后的模擬信號(hào)實(shí)際上放大8(2的3次方)倍。因此，第一放大電路2011的放大率α及第二放大電路2015的放大率β合起來(lái)的合計(jì)放大率必須實(shí)際上為8倍。
AD轉(zhuǎn)換電路2012，在第二次循環(huán)中將3位(D5～D3)輸出到圖中未表示的編碼器中。DA轉(zhuǎn)換電路2013，將從AD轉(zhuǎn)換電路2012輸出的3位(D5～D3)的數(shù)字值轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。以下，與第一循環(huán)的處理同樣地重復(fù)。
歸納起來(lái)，在第一階段中，第一開關(guān)SW201為導(dǎo)通、第二開關(guān)SW202為關(guān)斷，AD轉(zhuǎn)換電路2012，對(duì)最終要轉(zhuǎn)換出的10位的高1～4位的值(D9～D6)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。在第二、3階段中，令第一開關(guān)SW1為關(guān)斷、第二開關(guān)SW2為導(dǎo)通，AD轉(zhuǎn)換電路2012，對(duì)10位中從高位開始的第5～7位的值(D5～D3)、和第8～10位的值(D2～D0)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
接下來(lái)，對(duì)設(shè)定第一放大電路2011的放大率α及第二放大電路2015的放大率β的示例進(jìn)行說(shuō)明?？蓪⒌谝环糯箅娐?011的放大率，設(shè)定為超過1倍的值。這樣，能夠降低第二放大電路2015的放大率，從而能夠令第二放大電路2015高速化。因此，能令A(yù)D轉(zhuǎn)換器整體高速化。另外，由于放大了第一放大電路2011的輸出信號(hào)，因此提高了抗隨機(jī)噪聲等性能。也就是說(shuō)，由于向第二放大電路2015中輸入了較大的信號(hào)，熱噪聲對(duì)策也變得容易，同時(shí)也是為了減小了第二放大電路2015的放大用電容值。另外，由于向減法電路2014中輸入了較大的信號(hào)，也能降低對(duì)減法電路2014的絕對(duì)精度要求、例如開關(guān)部的噪聲抑制要求等。還有，在DA轉(zhuǎn)換電路2013的輸出信號(hào)即使有些許誤差也能使影響較小。
然后，能將第一放大電路2011的放大率設(shè)定為2倍，第二放大電路2015的放大率設(shè)定為4倍。這樣，若將第一放大電路2011的放大率設(shè)定在第二放大電路2015的放大率以下，就能實(shí)現(xiàn)令第一放大電路2011的輸入電壓范圍變寬，令輸入到第一放大電路2011中的模擬信號(hào)的電壓變低。
圖8表示在放大電路的輸出電壓范圍不充分的情況下的輸入電壓對(duì)輸出電壓的特性。這樣，放大電路中有輸出電壓范圍，存在有無(wú)法確保與輸入電壓對(duì)輸出電壓的線性特性的區(qū)域。從而，由此輸出電壓范圍和放大率，決定出了保證工作的輸入電壓范圍。因此，通過降低第一放大電路2011的放大率，能夠增寬第一放大電路2011的輸入電壓范圍。這樣，即使低電壓的輸入也能保證工作。由于向第二放大電路2013中，輸入第一放大電路2011的輸出、與通過AD轉(zhuǎn)換電路2012及DA轉(zhuǎn)換電路2013進(jìn)行轉(zhuǎn)換出的信號(hào)之差，因此輸入到第二放大電路2015中的信號(hào)的電壓范圍，要窄于第一放大電路2011的電壓范圍。因此，可增寬第一放大電路2011一方的輸入電壓范圍。另外，第一放大電路2011一方，由于進(jìn)行接近于高位的電壓的放大，因此要求精度。
根據(jù)以上說(shuō)明，為了不但能低電壓工作且能最大限度高速化而對(duì)第一放大電路201及第二放大電路2015的放大率進(jìn)行設(shè)定的方法，如以下所述。設(shè)定期望的輸入電壓范圍的全部輸入信號(hào)能收納于第一放大電路2011的輸出電壓范圍中的最大的放大率，并將剩余的放大率設(shè)定為第二放大電路2015的放大率。
(第二實(shí)施方式的第二實(shí)施例)圖9表示包含第二實(shí)施方式的第二實(shí)施例中的循環(huán)型AD轉(zhuǎn)換部分的流水線型AD轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)圖。本實(shí)施例中，用前段的第一AD轉(zhuǎn)換電路2022轉(zhuǎn)換4位，并用后段的循環(huán)型第二AD轉(zhuǎn)換電路2027通過分為3次、每次3位進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換出共13位的AD轉(zhuǎn)換器。
最初階段，第一開關(guān)SW201為導(dǎo)通狀態(tài)、第二開關(guān)SW202為關(guān)斷狀態(tài)。輸入模擬信號(hào)Vin，輸入到第一放大電路2021及第一AD轉(zhuǎn)換電路2022中。第一AD轉(zhuǎn)換電路2022，將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，并將高4位(D12～D9)輸出給圖中未表示的編碼器。第一DA轉(zhuǎn)換電路2023，通過第一AD轉(zhuǎn)換電路2022，將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字值轉(zhuǎn)換為模擬值。第一放大電路2021，將輸入的模擬信號(hào)采樣并放大2倍后輸出到第一減法電路2024。從第一放大電路2021的輸出中，將第一DA轉(zhuǎn)換電路2023的輸出減去。第二放大電路2025，將第一減法電路2024的輸出放大4倍。這里，第一DA轉(zhuǎn)換電路2023的輸出，對(duì)應(yīng)第一放大電路2021的放大率，被放大2倍。再者，第一減法電路2024及第二放大電路2025，也可為一體化的減法放大電路。
通過第一開關(guān)SW201輸入的模擬信號(hào)，輸入到第三放大電路2026及第二AD轉(zhuǎn)換電路2027中。第二AD轉(zhuǎn)換電路2027，將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，并將從高位開始的第5～7位(D8～D6)輸出給圖中未表示的編碼器。第二DA轉(zhuǎn)換電路2028，將由第二AD轉(zhuǎn)換電路2027轉(zhuǎn)換出的數(shù)字值轉(zhuǎn)換為模擬值。
第三放大電路2026，將輸入的模擬信號(hào)放大2倍，并輸出給第二減法電路2029。第二減法電路2029，從第三放大電路2026的輸出中將第二DA轉(zhuǎn)換電路2028的輸出減去。第二DA轉(zhuǎn)換電路2028的輸出，對(duì)應(yīng)第三放大電路2026的放大率被放大2倍。第四放大電路2030，將第二減法電路2029的輸出放大4倍。再者，第二減法電路2029及第四放大電路2030，也可為一體化的減法放大電路。
此階段中，第一開關(guān)SW201變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)、第二開關(guān)SW202變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。在第四放大電路2030中放大的模擬信號(hào)，通過第二開關(guān)SW202反饋給第三放大電路2026及第二AD轉(zhuǎn)換電路2027。若以第二AD轉(zhuǎn)換電路2027的參考電位相同為前提，要想取出下面這3位(D5～D3)，就必須將去除了高7位成分之后的模擬信號(hào)擴(kuò)大為實(shí)際8(2的3次方)倍。因此，用第三放大電路2026及第四放大電路2030放大實(shí)際8倍。以下，重復(fù)上述的處理，第二AD轉(zhuǎn)換電路2027，取出從高位開始的第8～10位(D5～D3)、從高位開始的第11～13位(D2～D0)。這樣，就獲得了13位的數(shù)字值。通過循環(huán)結(jié)構(gòu)獲得從高位開始的第5～13位(D8～D0)。
在上述說(shuō)明中，對(duì)于令第三放大電路2026為2倍及第四放大電路2030的放大率為4倍的設(shè)定示例進(jìn)行了說(shuō)明。關(guān)于這一點(diǎn)，放大率的組合并不限定于此，只要第三放大電路2026及第四放大電路2030的總計(jì)放大率為8倍、且第三放大電路2026的放大率在第四放大電路2030的放大率以下，可以對(duì)放大率進(jìn)行任意的設(shè)定。
另外，為了不但能實(shí)現(xiàn)低工作電壓還能最大限度高速化而對(duì)第一放大電路2021及第二放大電路2025的放大率進(jìn)行的設(shè)定方法，可如下所述。設(shè)定期望的輸入電壓范圍的所有輸入信號(hào)收納于第一放大電路2021的輸出電壓范圍中的最大放大率，并將剩余的放大率設(shè)定為第二放大電路2025的放大率。
再者，若令第二AD轉(zhuǎn)換電路2027的第二次以后的轉(zhuǎn)換位數(shù)為每次2位，則第三放大電路2026及第四放大電路2030的合計(jì)放大率為實(shí)際4(2的2次方)倍。
這樣通過本實(shí)施例，將需要較高精度的高位轉(zhuǎn)換在前段進(jìn)行、將不需要那么高精度的中位到低位的位轉(zhuǎn)換采用循環(huán)型AD轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行，通過將此循環(huán)型AD轉(zhuǎn)換部分的各放大電路的設(shè)定放大率進(jìn)行上述設(shè)定，能夠在確保轉(zhuǎn)換精度的同時(shí)實(shí)現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換器整體的高速化及低電壓化。
(第二實(shí)施方式的第三實(shí)施例)圖10表示第二實(shí)施方式的第三實(shí)施例中的、包含多段循環(huán)型AD轉(zhuǎn)換部分的流水線型的AD轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)圖。本實(shí)施例是通過由前段的循環(huán)型的第一AD轉(zhuǎn)換電路2022轉(zhuǎn)換最初4位、接下來(lái)轉(zhuǎn)換3位，由后段的循環(huán)型的第二AD轉(zhuǎn)換電路2027分3次每次轉(zhuǎn)換3位，從而共計(jì)轉(zhuǎn)換16位的AD轉(zhuǎn)換器的示例。
最初的階段，第一開關(guān)SW2011為導(dǎo)通狀態(tài)、第二開關(guān)SW2012為關(guān)斷狀態(tài)。輸入模擬信號(hào)Vin，輸入到第一放大電路2021及第一AD轉(zhuǎn)換電路2022中。第一AD轉(zhuǎn)換電路2022，將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，并將高4位(D15～D12)輸出給圖中未表示的編碼器。第一DA轉(zhuǎn)換電路2023，將通過第一AD轉(zhuǎn)換電路2022轉(zhuǎn)換出的數(shù)字值轉(zhuǎn)換為模擬值。第一放大電路2021，將輸入模擬信號(hào)放大2倍并在規(guī)定的時(shí)刻輸出到第一減法電路2024中。第一減法電路2024，從第一放大電路2021的輸出中，將第一DA轉(zhuǎn)換電路2023的輸出減去。第一DA轉(zhuǎn)換電路2023的輸出，對(duì)應(yīng)第一放大電路2021的放大率放大2倍。第二放大電路2025，將第一減法電路2024的輸出放大4倍。再者，第一減法電路2024及第二放大電路2025，也可為一體化的減法放大電路。
在此階段中，第一開關(guān)SW2011變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)、第二開關(guān)SW2012變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)、第三開關(guān)SW2013變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)、第四開關(guān)SW2014變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)。第二放大電路2025的輸出模擬信號(hào)，通過第二開關(guān)SW2012輸入到第一放大電路2021及第一AD轉(zhuǎn)換電路2022中。
第一AD轉(zhuǎn)換電路2022為了取出下面這3位(D11～D9)，必須放大為上次輸入的模擬信號(hào)的實(shí)際8(2的3次方)倍。因此，將第一放大電路2021的放大率及第二放大電路2025的放大率合起來(lái)的合計(jì)放大率設(shè)定為8倍。第一AD轉(zhuǎn)換電路2022，將輸入的模擬信號(hào)再次轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，并將16位中的從高位開始的第5～7位(D11～D9)輸出到圖中未表示的編碼器中。
另一方面，第二放大電路2025的輸出模擬信號(hào)，通過開關(guān)SW2013同時(shí)輸入到第三放大電路2026及第二AD轉(zhuǎn)換電路2027中。第二AD轉(zhuǎn)換電路2027，將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，并將16位中的從高位開始的第8～10位(D8～D6)輸出給圖中未表示的編碼器。第二DA轉(zhuǎn)換電路2028，將由第二AD轉(zhuǎn)換電路2027轉(zhuǎn)換出的數(shù)字值轉(zhuǎn)換為模擬值。
第三放大電路2026，將輸入的模擬信號(hào)放大2倍后，輸出到第二減法電路2029中，第二減法電路2029，從第三放大電路2026的輸出中將第二DA轉(zhuǎn)換電路2028的輸出減去。第二DA轉(zhuǎn)換電路2028的輸出，對(duì)應(yīng)第三放大電路2026的放大率被放大2倍。第四放大電路2030，將第二減法電路2029的輸出放大4倍。再者，第二減法電路2029及第四放大電路2030，也可為一體化的減法放大電路。
在此階段中，第三開關(guān)SW2013變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)、第四開關(guān)SW2014變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。第四放大電路2030中放大后的模擬信號(hào)，通過第四開關(guān)SW2014反饋給第三放大電路2026及第二AD轉(zhuǎn)換電路2027。若以第二AD轉(zhuǎn)換電路2027的參考電位相同為前提，為了取出下面3位(D5～D3)，必須放大為上次輸入的模擬信號(hào)的實(shí)際8(2的3次方)倍。以下，重復(fù)上述的處理，第二AD轉(zhuǎn)換電路2027，取出從高位開始的第11～13位(D5～D3)、從高位開始的第14～16位(D2～D0)。這樣，從前段的循環(huán)型的第一AD轉(zhuǎn)換電路2012，取出16位中的從高位開始的第1～7位(D15～D9)；從后段的循環(huán)型的第二AD轉(zhuǎn)換電路2027，取出16位中的從高位開始的第8～16位(D8～D0)，獲得共計(jì)16位的數(shù)字值。
對(duì)于第一放大電路2021的放大率及第二放大電路2025的放大率的設(shè)定示例，用2倍、4倍的示例進(jìn)行說(shuō)明。關(guān)于這一點(diǎn)，放大率的組合并不限于此，只要第一放大電路2021及第二放大電路2025的合計(jì)放大率為8倍、第一放大電路2021的放大率比第二放大電路2025的放大率低，可以任意設(shè)定放大率。
為了不但可以低電壓工作還能最大限度的高速化而對(duì)第一放大電路2021及第二放大電路2025的放大率進(jìn)行設(shè)定的方法，如下所述。設(shè)定期望的輸入電壓范圍的所有輸入信號(hào)收納于第一放大電路2021的輸出電壓范圍中的最大放大率，并將剩余的放大率設(shè)定為第二放大電路2025的放大率。
另外，此第一放大電路2021的放大率及第二放大電路2025的放大率的設(shè)定關(guān)系，可照搬到第三放大電路2026的放大率及第四放大電路2030的放大率的設(shè)定關(guān)系中。
這樣通過本實(shí)施例，能實(shí)現(xiàn)包含多段循環(huán)型AD轉(zhuǎn)換部分的流水線型AD轉(zhuǎn)換器的高速化及低電壓化。
以上，以第二實(shí)施方式為基礎(chǔ)進(jìn)行了說(shuō)明。此實(shí)施例為示例，其各構(gòu)成要素或各處理過程的組合可有各種各樣的變形例。另外，這樣產(chǎn)生的變形例也在本實(shí)施方式的范圍中，作為本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該可以理解。
第一放大電路2011、2021及第二放大電路2015、2025的合計(jì)放大率，一般以2X(X為整數(shù))規(guī)定，若將第一放大電路2011、2021的放大率規(guī)定為2倍，第二放大電路2015、2025的放大率就為2X-1倍。若令第一放大電路2011、2021的放大率為2倍，AD/DA轉(zhuǎn)換通路的輸出也放大2倍，這2倍的放大能比較容易地進(jìn)行。這個(gè)設(shè)定關(guān)系，可以照搬到第三放大電路2026的放大率及第四放大電路2030的放大率的設(shè)定關(guān)系中。
本實(shí)施方式的各實(shí)施例中所述的AD轉(zhuǎn)換電路的轉(zhuǎn)換位數(shù)及其分配方式、放大電路的放大率、流水線的級(jí)段數(shù)等參數(shù)不過是一個(gè)示例，在變形例中這些參數(shù)也可以采用其他的數(shù)值。
(第三實(shí)施方式)其目的就在于令循環(huán)型的AD轉(zhuǎn)換器高速化這一點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容第三實(shí)施方式的一個(gè)方式，為模數(shù)轉(zhuǎn)換器。此模數(shù)轉(zhuǎn)換器，具有將輸入模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為規(guī)定位數(shù)的數(shù)字值的AD轉(zhuǎn)換電路；將AD轉(zhuǎn)換電路的輸出轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的DA轉(zhuǎn)換電路；與AD轉(zhuǎn)換電路并聯(lián)設(shè)置，將輸入模擬信號(hào)以第一放大率進(jìn)行放大的第一放大電路；減法電路，其功能是從第一放大電路的輸出中，減去以與由第一放大電路放大的放大率實(shí)質(zhì)相同的放大率放大的DA轉(zhuǎn)換電路的輸出；以及，將減法電路的輸出以第二放大率放大后，反饋給AD轉(zhuǎn)換電路的第二放大電路。第一放大率及第二放大率的合計(jì)放大率，滿足必要放大率；將第一放大率設(shè)定為與第二放大率的值接近的值。例如，第一放大率的值和所述第二放大率的值的關(guān)系，可為1/2倍以上2倍以下的關(guān)系。
通過本方式，若令構(gòu)成循環(huán)型AD轉(zhuǎn)換部分的2個(gè)放大電路的放大率接近，就可不使用必須有較大放大率的放大電路。因此，根據(jù)上述GB積的關(guān)系能夠提高工作頻率，從而提高放大電路的速度。因此，能夠令A(yù)D轉(zhuǎn)換器整體速度提高。另外，由于放大電路中使用的放大用單位電容值變得接近，也能提高電容的布局平衡性。
第一放大率的值與所述第二放大率的值為實(shí)際相同的值。通過令其為實(shí)際相同的值，能夠令2者搭配的放大電路的放大速度達(dá)到最高速，從而能令A(yù)D轉(zhuǎn)換器整體達(dá)到最高速。另外，能夠使用相同規(guī)格的放大電路，可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，提高效率。
第三實(shí)施方式的另一個(gè)方式，也是模數(shù)轉(zhuǎn)換器。此模數(shù)轉(zhuǎn)換器，是由多個(gè)級(jí)段構(gòu)成的流水線型的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，多個(gè)級(jí)段中的至少1個(gè)級(jí)段，是包含上述任一項(xiàng)所述方式的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的循環(huán)型的級(jí)段。
通過本方式，不但設(shè)計(jì)為流水線型能提高高位的轉(zhuǎn)換精度，而且能用循環(huán)部分提高速度，從而令A(yù)D轉(zhuǎn)換器整體高速化。
第一放大率的值可為2。這樣，將DA轉(zhuǎn)換電路的輸出也放大2倍，此2倍的放大比較容易實(shí)現(xiàn)。例如，在AD轉(zhuǎn)換電路中采用單極性輸入，在DA轉(zhuǎn)換電路的采用差動(dòng)輸出。AD轉(zhuǎn)換電路和DA轉(zhuǎn)換電路的基準(zhǔn)電壓之比，為1∶2，不必生成額外的基準(zhǔn)電壓。
(第三實(shí)施方式)(第三實(shí)施方式的第一實(shí)施例)圖11表示第三實(shí)施方式的第一實(shí)施例中的循環(huán)型AD轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)圖。此AD轉(zhuǎn)換器，通過循環(huán)將10位的數(shù)字值分為3次進(jìn)行轉(zhuǎn)換。最初的階段，第一開關(guān)SW301為導(dǎo)通狀態(tài)、第二開關(guān)SW302為關(guān)斷狀態(tài)。輸入模擬信號(hào)Vin，通過第一開關(guān)SW301輸入到第一放大電路3011及AD轉(zhuǎn)換電路3012中。AD轉(zhuǎn)換電路3012，將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為最大4位的數(shù)字值后，輸出給圖中未表示的編碼器。最初，輸出10位中的高4位(D9～D6)。
DA轉(zhuǎn)換電路3013，將從AD轉(zhuǎn)換電路3012輸出的最大4位的數(shù)字值轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。第一放大電路3011，將輸入的模擬信號(hào)Vin采樣保持后進(jìn)行放大。該放大率為α倍。減法電路3014，從第一放大電路3011的輸出中，將DA轉(zhuǎn)換電路3013的輸出減去。這樣，生成去除了高4位成分的模擬信號(hào)。這里，第一放大電路3011的輸出為模擬信號(hào)Vin的α倍。與其對(duì)應(yīng)，DA轉(zhuǎn)換電路3013的輸出也必須為α倍。
這里，對(duì)將DA轉(zhuǎn)換電路3013的輸出放大α倍的方法進(jìn)行簡(jiǎn)單說(shuō)明。AD轉(zhuǎn)換電路3012及DA轉(zhuǎn)換電路3013中，供給有高電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRT和低電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRB。AD轉(zhuǎn)換電路3012，利用基于高電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRT和低電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRB生成的基準(zhǔn)電壓范圍生成參考電壓。在電容陣列方式中，DA轉(zhuǎn)換電路3013，通過向圖中未表示的多個(gè)設(shè)置的各個(gè)電容中，根據(jù)來(lái)自AD轉(zhuǎn)換電路3012控制，選擇性地供給高電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRT和低電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRB，獲得輸出電壓。DA轉(zhuǎn)換電路3013的基準(zhǔn)電壓范圍，也基于高電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRT和低電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRB生成。此時(shí)，可將AD轉(zhuǎn)換電路3012的基準(zhǔn)電壓范圍、和DA轉(zhuǎn)換電路3013的基準(zhǔn)電壓范圍之比，設(shè)定為1∶α。例如，當(dāng)?shù)谝环糯箅娐?011的放大率為2倍時(shí)，將AD轉(zhuǎn)換電路3012的基準(zhǔn)電壓范圍、和DA轉(zhuǎn)換電路3013的基準(zhǔn)電壓范圍之比設(shè)定為1∶2。
第二放大電路3015，將減法電路3014的輸出以β倍的放大率進(jìn)行放大。這里，減法電路3014及第二放大電路3015，也可為一體化的減法放大電路3016。
在此階段中，令第一開關(guān)SW301變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)、第二開關(guān)SW302變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。第二放大電路3015，將放大后的信號(hào)，通過第二開關(guān)SW302反饋給第一放大電路3011及AD轉(zhuǎn)換電路3012。若以AD轉(zhuǎn)換電路3012的參考電位相同為前提，為了取出接下來(lái)的3位(D5～D3)，就必須將去除高4位成分之后的模擬信號(hào)放大實(shí)際8(2的3次方)倍。因此，第一放大電路3011的放大率α及第二放大電路3015的放大率β合起來(lái)的合計(jì)放大率必須為實(shí)際8倍。
AD轉(zhuǎn)換電路3012，在第二次循環(huán)中將3位(D5～D3)輸出到圖中未表示的編碼器中。DA轉(zhuǎn)換電路3013，將從AD轉(zhuǎn)換電路3012輸出的3位(D5～D3)的數(shù)字值轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。以下，與第一循環(huán)的處理同樣地重復(fù)。
歸納起來(lái)，在第一階段中，第一開關(guān)SW301導(dǎo)通、第二開關(guān)SW302關(guān)斷，AD轉(zhuǎn)換電路3012，對(duì)最終要轉(zhuǎn)換出的10位的高位的第1～4位的值(D9～D6)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。在第2、3階段中，令第一開關(guān)SW1關(guān)斷、第二開關(guān)SW2導(dǎo)通，AD轉(zhuǎn)換電路3012，對(duì)10位中的從高位開始的第5～7位的值(D5～D3)、和第8～10位的值(D2～D0)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
接下來(lái)，對(duì)設(shè)定第一放大電路3011的放大率α及第二放大電路3015的放大率β的示例進(jìn)行說(shuō)明?？蓪⒌谝环糯箅娐?011的放大率，設(shè)定為超過1倍的值。這樣，由于放大了第一放大電路3011的輸出信號(hào)，因此提高了抗隨機(jī)噪聲等的性能。也就是說(shuō)，由于向第二放大電路3015中輸入了較大的信號(hào)，熱噪聲對(duì)策也變得容易，同時(shí)也是為了減小第二放大電路2015的放大用電容值。另外，由于向減法電路3014中輸入了較大的信號(hào)，也能降低對(duì)減法電路3014的絕對(duì)精度要求，例如開關(guān)部的噪聲抑制要求等。還有，在DA轉(zhuǎn)換電路3013的輸出信號(hào)即使有些許誤差也能使影響較小。
然后，可將第一放大電路3011的放大率設(shè)定為2.5倍、將第二放大電路3015的放大率設(shè)為3.2倍。這樣，由于若將兩者的放大率的關(guān)系設(shè)定為1/2倍以上、2倍以下，就不必需要較大放大率的放大電路，因此能令A(yù)D轉(zhuǎn)換器整體高速化。另外，由于提高了在第一放大電路3011和第二放大電路3015中使用相同規(guī)格的放大電路的可能性，因此簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)從而提高了效率。另外，由于第一放大電路3011及第二放大電路3015中使用的放大用單位電容值也變得接近，因此也提高了電容的布局平衡性。
然后，可將第一放大電路3011的放大率設(shè)定為2倍、將第二放大電路3015的放大率設(shè)定為4倍。另外，可將第一放大電路3011的放大率設(shè)定為4倍、將第二放大電路3015的放大率設(shè)定為2倍。這樣，若將兩者的放大率設(shè)定為2的倍數(shù)關(guān)系，在決定第一放大電路3011及第二放大電路3015中使用的放大用單位電容值時(shí)，能夠簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)提高效率。即，由于第一放大電路3011及第二放大電路3015的合計(jì)放大率，在轉(zhuǎn)換2位時(shí)為4倍、在轉(zhuǎn)換3位時(shí)為8倍、在轉(zhuǎn)換4位時(shí)為16倍，因此若將這兩者的放大率設(shè)定為2的倍數(shù)，改良等也變得容易，并且簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，提高了效率。
此外，還可將第一放大電路3011的放大率設(shè)定為2√2倍、將第二放大電路3015的放大率設(shè)定為2√2倍。這樣，將兩者的放大率設(shè)定為相同，可以令A(yù)D轉(zhuǎn)換器整體的速度達(dá)到最快。另外，在第一放大電路3011和第二放大電路3015中能夠使用相同規(guī)格的放大電路。還有，在第一放大電路3011及第二放大電路3015中使用的電容的布局也相同了。
圖12表示將本實(shí)施例中的循環(huán)型的AD轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)用另一個(gè)設(shè)定值例表示的圖。此例中，通過循環(huán)將10位的數(shù)據(jù)值分為4次進(jìn)行轉(zhuǎn)換的示例。AD轉(zhuǎn)換電路3012為在第二次轉(zhuǎn)換以后、每次轉(zhuǎn)換2位時(shí)，第一放大電路3011及第二放大電路3015的合計(jì)放大率，不是8倍而是4倍。此時(shí)，也能對(duì)第一放大電路3011的放大率α及第二放大電路3015的放大率β進(jìn)行任意設(shè)定。
(第三實(shí)施方式的第二實(shí)施例)圖13表示包含第三實(shí)施方式第二實(shí)施例中的循環(huán)型AD轉(zhuǎn)換部分的流水線型AD轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)圖。本實(shí)施例為通過用前段的第一AD轉(zhuǎn)換電路3022轉(zhuǎn)換4位；用后段的第二AD轉(zhuǎn)換電路3027分為3次每次轉(zhuǎn)換3位，共計(jì)轉(zhuǎn)換13位的AD轉(zhuǎn)換器的一例。
最初的階段，第一開關(guān)SW301為導(dǎo)通狀態(tài)、第二開關(guān)SW302為關(guān)斷狀態(tài)。輸入模擬信號(hào)Vin，輸入到第一放大電路3021及第一AD轉(zhuǎn)換電路3022中。第一AD轉(zhuǎn)換電路3022，將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，并將高4位(D12～D9)輸出到圖中未表示的編碼器中。第一DA轉(zhuǎn)換電路3023，將由第一AD轉(zhuǎn)換電路3022轉(zhuǎn)換出的數(shù)字值轉(zhuǎn)換為模擬值。第一放大電路3021，將輸入的模擬信號(hào)采樣并在規(guī)定的時(shí)刻輸出給第一減法電路3024。第一放大電路3021，不對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行放大。第一減法電路3024，從第一放大電路3021的輸出中，將第一DA轉(zhuǎn)換電路3023的輸出減去。第二放大電路3025，將第一減法電路3024的輸出放大8倍。再者，第一減法電路3024及第二放大電路3025，也可為一體化的減法放大電路。
通過第一開關(guān)SW301輸入的模擬信號(hào)，輸入到第三放大電路3026及第二AD轉(zhuǎn)換電路3027中。第二AD轉(zhuǎn)換電路3027，將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，并將從高位開始的第5～7位(D8～D6)輸出給圖中未表示的編碼器。第二DA轉(zhuǎn)換電路3028，將由第二AD轉(zhuǎn)換電路3027轉(zhuǎn)換出的數(shù)字值轉(zhuǎn)換為模擬值。
第三放大電路3026，將輸入的模擬信號(hào)放大α倍，并輸出給第二減法電路3029。第二減法電路3029，從第三放大電路3026的輸出中減去第二DA轉(zhuǎn)換電路3028的輸出。第二DA轉(zhuǎn)換電路3028的輸出，被放大α倍。第四放大電路3030，將第二減法電路3029的輸出放大β倍。再者，第二減法電路3029及第四放大電路3030，也可為一體化的減法放大電路。
此階段中，第一開關(guān)SW301變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)、第二開關(guān)SW302變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。在第四放大電路3030中放大的信號(hào)，通過第二開關(guān)SW302反饋給第三放大電路3026及第二AD轉(zhuǎn)換電路3027。若以第二AD轉(zhuǎn)換電路3027的參考電位相同為前提，為了取出下面3位(D5～D3)，必須將去除了高7位成分之后的模擬信號(hào)擴(kuò)大為實(shí)際8(2的3次方)倍。因此，第三放大電路3026的放大率α及第四放大電路3030的放大率β合起來(lái)的合計(jì)放大率必須為8倍。以下，重復(fù)上述處理，第二AD轉(zhuǎn)換電路27，取出從高位開始的第8～10位(D5～D3)、從高位開始的第11～13位(D2～D0)。這樣，獲得13位的數(shù)字值。從高位開始的第5～13位(D8～D0)通過循環(huán)結(jié)構(gòu)獲得。
接下來(lái)，對(duì)第三放大電路3026的放大率α及第四放大電路3030的放大率β的設(shè)定示例進(jìn)行說(shuō)明。首先，可將第三放大電路3026的放大率，設(shè)定為超過1的值。另外，可令第三放大電路3026的放大率為2.5倍、第四放大電路3030的放大率為3.2倍，這樣將兩者的放大率的關(guān)系設(shè)定為1/2以上2倍以下。另外，可令第三放大電路3026的放大率為2倍，第四放大電路3030的放大率為4倍，或第三放大電路3026的放大率為4倍，第四放大電路3030的放大率為2倍，這樣將兩者的放大率的關(guān)系設(shè)定為2的倍數(shù)。另外，可令第三放大電路3026的放大率為2√2倍、第四放大電路3030的放大率為2√2倍這樣，將兩者設(shè)為相同的放大率。這些設(shè)定效果，與本實(shí)施方式的第一實(shí)施例中所述相同。
再者，在圖13中，也可令第一放大電路3021的放大率為2倍、第二放大電路3025的放大率為4倍。這樣，能令前段高速化，加快向AD轉(zhuǎn)換電路3027的輸入。還有，若將第二AD轉(zhuǎn)換電路3027的參考電壓，設(shè)定為第一AD轉(zhuǎn)換電路3022的參考電壓的1/2的話，可將第二放大電路3025的放大率設(shè)定為2倍，從而進(jìn)一步提高速度。
這樣通過本實(shí)施例，將需要較高精度的高位轉(zhuǎn)換用前段進(jìn)行、將不需要那么高精度的中位到低位轉(zhuǎn)換用循環(huán)型的AD轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行，通過對(duì)這些AD轉(zhuǎn)換器的各放大電路的設(shè)定放大率如上述進(jìn)行設(shè)定，能夠令A(yù)D轉(zhuǎn)換器整體高速化，并提高轉(zhuǎn)換精度。同時(shí)，也能獲得本實(shí)施方式的第一實(shí)施例中說(shuō)明的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)、提高效率的效果。
(第三實(shí)施方式的第三實(shí)施例)圖14表示第三實(shí)施方式的第三實(shí)施例中的包含多段循環(huán)型AD轉(zhuǎn)換部分的流水線型AD轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)圖。本實(shí)施例中，用前段的循環(huán)型第一AD轉(zhuǎn)換電路3022首先轉(zhuǎn)換4位，然后轉(zhuǎn)換3位；用后段的循環(huán)型第二AD轉(zhuǎn)換電路3027，分為3次每次轉(zhuǎn)換3位，共計(jì)轉(zhuǎn)換16位的AD轉(zhuǎn)換器的示例。
在最初的階段，第一開關(guān)SW3011為導(dǎo)通狀態(tài)、第二開關(guān)SW3012為關(guān)斷狀態(tài)。輸入模擬信號(hào)Vin，輸入到第一放大電路3021及第一AD轉(zhuǎn)換電路3022中。第一AD轉(zhuǎn)換電路3022，將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，并將高4位(D15～D12)輸出給圖中未表示的編碼器。第一DA轉(zhuǎn)換電路3023，將由第一AD轉(zhuǎn)換電路3022轉(zhuǎn)換出的數(shù)字值轉(zhuǎn)換為模擬值。第一放大電路3021，將輸入的模擬信號(hào)放大2倍后在規(guī)定的時(shí)刻輸出給第一減法電路3024。第一減法電路3024，從第一放大電路3021的輸出中，將第一DA轉(zhuǎn)換電路3023的輸出減去。第一DA轉(zhuǎn)換電路3023的輸出，被放大2倍。第二放大電路3025，將第一減法電路3024的輸出放大4倍。再者，第一減法電路3024及第二放大電路3025，也可為一體化的放大電路。
此階段中，第一開關(guān)SW3011變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)、第二開關(guān)SW3012變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，第三開關(guān)SW3013變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，第四開關(guān)SW3014變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)。第二放大電路3025的輸出模擬信號(hào)，通過第二開關(guān)SW3012輸入到第一放大電路3021及第一AD轉(zhuǎn)換電路3022中。
第一AD轉(zhuǎn)換電路3022為了取出下面的3位(D11～D9)，必須放大為上次輸入的模擬信號(hào)的實(shí)際8(2的3次方)倍。因此，令第一放大電路3021為放大率2倍及令第二放大電路3025為放大率4倍，將合計(jì)放大率設(shè)定為8倍。第一AD轉(zhuǎn)換電路3022，將輸入的模擬信號(hào)再次轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，并輸出16位中的從高位開始的第5～7位(D11～D9)到圖中未表示的編碼器中。
另一方面，第二放大電路3025的輸出模擬信號(hào)，通過第三開關(guān)SW3013同時(shí)輸入到第三放大電路3026及第二AD轉(zhuǎn)換電路3027中。第二AD轉(zhuǎn)換電路3027，將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，并將16位中的從高位開始的第8～10位(D8～D6)輸出到圖中未表示的編碼器中。第二DA轉(zhuǎn)換電路3028，將由第二AD轉(zhuǎn)換電路3027轉(zhuǎn)換出的數(shù)字值轉(zhuǎn)換為模擬值。
第三放大電路3026，將輸入的模擬信號(hào)放大2倍，輸出給第二減法電路3029。第二減法電路3029，從第三放大電路3026的輸出中減去第二DA轉(zhuǎn)換電路3028的輸出。第二DA轉(zhuǎn)換電路3030，將第二減法電路3029的輸出放大4倍。再者，第二減法電路3029及第四放大電路3030，也可為一體化的減法放大電路。
此狀態(tài)中，第三開關(guān)SW3013變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)，第四開關(guān)SW3014變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。第四放大電路3030中放大的模擬信號(hào)，通過第四開關(guān)SW3014反饋給第三放大電路3026及第二AD轉(zhuǎn)換電路3027。若以第二AD轉(zhuǎn)換電路3027的參考電位相同為前提，為了取出下面3位(D5～D3)，必須放大為上次輸入的模擬信號(hào)的實(shí)際8(2的3次方)倍。因此，。令第三放大電路3026的放大率為2倍及令第四放大電路3030的放大率為4倍，將合起來(lái)的合計(jì)放大率設(shè)定為8倍。以下，重復(fù)上述處理，第二AD轉(zhuǎn)換電路3027，取出從高位開始的第11～13位(D5～D3)、從高位開始的第14～16位(D2～D0)。這樣，從前段的循環(huán)型的第一AD轉(zhuǎn)換電路3012中，取出16位中的高1～7位(D15～D9)；從后段的循環(huán)型的第二AD轉(zhuǎn)換電路3027中，取出16位中的從高位開始的第8～16位(D8～D0)，獲得共計(jì)16位的數(shù)字值。
對(duì)第一放大電路3021的放大率及第二放大電路3025的放大率的設(shè)定示例，用2倍、4倍的示例進(jìn)行說(shuō)明。關(guān)于這點(diǎn)，也可將第一放大電路3021的放大率設(shè)定為4倍、將第二放大電路3025的放大率設(shè)定為2倍。這些，都是將兩者的放大率關(guān)系設(shè)定為2的倍數(shù)。另外可令第一放大電路3021的放大率為2.5倍、第二放大電路3025的放大率為3.2倍，這樣將兩者的放大率的關(guān)系設(shè)定為1/2以上2倍以下。另外，可令第一放大電路3021的放大率為2√2倍、第二放大電路3025的放大率為2√2倍這樣，將兩者設(shè)為相同的放大率。這些設(shè)定效果，與本實(shí)施方式的第一實(shí)施例中所述相同。當(dāng)然，若將第一放大電路3021的放大率，設(shè)定為大于1的值，可以獲得高速化的效果。另外，這些第一放大電路3021的放大率及第二放大電路3025的放大率的設(shè)定關(guān)系，可以照搬到第三放大電路3026的放大率及第四放大電路3030的放大率設(shè)定關(guān)系中。
這樣通過本實(shí)施例，也能夠?qū)崿F(xiàn)包含多個(gè)循環(huán)型AD轉(zhuǎn)換部分的流水線型AD轉(zhuǎn)換器的高速化。同時(shí)，還能獲得如本實(shí)施方式的第一實(shí)施例中說(shuō)明的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，提高效率的效果。
以上，對(duì)第三實(shí)施方式以實(shí)施例為基礎(chǔ)進(jìn)行說(shuō)明。此實(shí)施例為示例，其各構(gòu)成要素和各處理過程的組合可以有各種各樣的變形例。另外，這樣的變形例也在本實(shí)施方式的范圍中，這點(diǎn)作為本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解。
第一放大電路3011、3021及第二放大電路3015、3025的合計(jì)放大率，一般以2X(X為整數(shù))來(lái)規(guī)定，若將第一放大電路3011、3021的放大率設(shè)定為2倍，第二放大電路3015、3025的放大率就為2X-1倍。雖然若將第一放大電路3011、3021的放大率設(shè)定為2倍，AD/DA轉(zhuǎn)換通路的輸出也得放大2倍，但這2倍的放大能比較容易地實(shí)現(xiàn)。此設(shè)定關(guān)系，可照搬到第三放大電路3026的放大率及第四放大電路3030的放大率的設(shè)定關(guān)系中。本實(shí)施方式的各實(shí)施例所述的AD轉(zhuǎn)換電路的轉(zhuǎn)換位數(shù)及其分配、放大電路的放大率、流水線的級(jí)段數(shù)的參數(shù)都只是示例，在變形例中也可以采用這些參數(shù)以外的數(shù)值。
本實(shí)施方式的各實(shí)施例所述的AD轉(zhuǎn)換電路的轉(zhuǎn)換位數(shù)及其分配、放大電路的放大率、流水線的級(jí)段數(shù)等參數(shù)不過是一個(gè)示例，在變形例中也可采用這些參數(shù)之外的其他數(shù)值。
(第四實(shí)施方式)(第四實(shí)施方式的第一實(shí)施例)第四實(shí)施方式的第一實(shí)施例為用非循環(huán)型的前段轉(zhuǎn)換4位；用循環(huán)型的后段每次轉(zhuǎn)換2位，并通過讓后段循環(huán)3次輸出共計(jì)10位的AD轉(zhuǎn)換器的示例。
圖15表示第四實(shí)施方式的第一實(shí)施例中的AD轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)圖。在此AD轉(zhuǎn)換器中，首先，對(duì)前段級(jí)進(jìn)行說(shuō)明。輸入的模擬信號(hào)Vin，輸入到第一放大電路4011及第一AD轉(zhuǎn)換電路4012中。第一AD轉(zhuǎn)換電路4012，為快閃型，其分辨率即轉(zhuǎn)換位數(shù)為4位。第一AD轉(zhuǎn)換電路4012，將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，取出高4位(D9～D6)，并輸出到圖中未表示的編碼器及第一DA轉(zhuǎn)換電路4013中。第一DA轉(zhuǎn)換電路4013，將由第一AD轉(zhuǎn)換電路4012轉(zhuǎn)換出的數(shù)字值轉(zhuǎn)換為模擬值。第一放大電路4011，將輸入的模擬信號(hào)采樣保持后，在規(guī)定的時(shí)刻輸出給第一減法電路4014。第一放大電路4011，不對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行放大，只有采樣保持電路的功能。第一減法電路4014，從第一放大電路4011的輸出中，將第一DA轉(zhuǎn)換電路4013的輸出減去。第二放大電路4015，將第一減法電路4014的輸出放大2倍。再者，第一減法電路4014及第二放大電路4015，也可為一體化的第一減法放大電路4016。這樣，能夠簡(jiǎn)化電路。
然后，對(duì)后段級(jí)進(jìn)行說(shuō)明。第一開關(guān)SW401及第二開關(guān)SW402，為交替導(dǎo)通/關(guān)斷的開關(guān)。當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)SW401為導(dǎo)通狀態(tài)、第二開關(guān)SW402為關(guān)斷狀態(tài)，通過第一開關(guān)SW401從前段輸入的模擬信號(hào)，輸入到第三放大電路4019及第二AD轉(zhuǎn)換電路4017中。第二AD轉(zhuǎn)換電路4017，也為快閃型，其分辨率、即包含1個(gè)冗余位的位數(shù)為3位。另外，供給構(gòu)成第二AD轉(zhuǎn)換電路4017的電壓比較單元的參考電壓，設(shè)定為供給構(gòu)成第一AD轉(zhuǎn)換電路4012的電壓比較單元的參考電壓的1/2。第二AD轉(zhuǎn)換電路4017，為了轉(zhuǎn)換2位，必須將由第一AD轉(zhuǎn)換電路4012轉(zhuǎn)換后的模擬信號(hào)放大實(shí)際4(2的2次方)倍。然而，由于第二放大電路4015的放大率為2倍，通過將參考電壓變?yōu)?/2，來(lái)進(jìn)行調(diào)整。第二AD轉(zhuǎn)換電路4017，將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，取出從高位開始的第5、6位(D5～D4)，并輸出給圖中未表示的編碼器及第二DA轉(zhuǎn)換電路4018。第二DA轉(zhuǎn)換電路4018，將由第二AD轉(zhuǎn)換電路4017轉(zhuǎn)換出的數(shù)字值轉(zhuǎn)換為模擬值。
第三放大電路4019，將輸入的模擬信號(hào)放大2倍，并輸出到第二減法電路4020。第二減法電路4020，從第三放大電路4019的輸出之中，將第二DA轉(zhuǎn)換電路4018的輸出減去后，輸出到第四放大電路4021。這里，第二DA轉(zhuǎn)換電路4018的輸出放大實(shí)際2倍。這可以通過將第二AD轉(zhuǎn)換電路4017的基準(zhǔn)電壓范圍、與第二DA轉(zhuǎn)換電路4018的基準(zhǔn)電壓范圍之比設(shè)定為1∶2來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，將第二AD轉(zhuǎn)換電路4017的輸入以單一輸入進(jìn)行，將第二DA轉(zhuǎn)換電路4018的輸出以差動(dòng)構(gòu)成，就能設(shè)定為1∶2。
第四放大電路4021，將第二減法電路4020的輸出放大2倍。此階段中，第一開關(guān)SW401變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)、第二開關(guān)SW402變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。在第四放大電路4021中被放大的模擬信號(hào)，通過第二開關(guān)SW402反饋給第三放大電路4019及第二AD轉(zhuǎn)換電路4017。再者，第二減法電路4020及第四放大電路4021，也可為一體化的第二減法放大電路4022。以下，重復(fù)上述處理，第二AD轉(zhuǎn)換電路4017，取出從高位開始的第7、8位(D3～D2)及從高位開始的第9、10位(D1～D0)。這樣，獲得10位數(shù)字值。從高位開始的第5～10位通過循環(huán)型的后級(jí)段獲得。
圖16表示本實(shí)施方式第一實(shí)施例中的AD轉(zhuǎn)換器的工作過程的時(shí)序圖。以下，從圖的上端開始依次進(jìn)行說(shuō)明。3個(gè)信號(hào)波形表示，第一時(shí)鐘信號(hào)CLK1、第二時(shí)鐘信號(hào)CLK2及開關(guān)信號(hào)CLKSW。第一時(shí)鐘信號(hào)CLK1，控制第一放大電路4011、第二放大電路4015、第一AD轉(zhuǎn)換電路4012及第一DA轉(zhuǎn)換電路4013的工作。第二時(shí)鐘信號(hào)CLK2，控制第三放大電路4019、第四放大電路4021、第二AD轉(zhuǎn)換電路4017及第二DA轉(zhuǎn)換電路4018的工作。開關(guān)信號(hào)CLKSW，控制第一開關(guān)SW401及第二開關(guān)SW402的導(dǎo)通關(guān)斷。
第二時(shí)鐘信號(hào)CLK2的頻率，為第一時(shí)鐘信號(hào)CLK1的頻率的3倍。第二時(shí)鐘信號(hào)CLK2，也可基于第一時(shí)鐘信號(hào)CLK1采用PLL進(jìn)行倍增而生成。第二時(shí)鐘信號(hào)CLK2，其上升沿與第一時(shí)鐘信號(hào)CLK1的上升沿同步之后，之后的第二個(gè)下降沿與第一時(shí)鐘信號(hào)CLK1接下來(lái)的下降沿同步；然后再之后的第二個(gè)上升沿與第一時(shí)鐘信號(hào)CLK1接下來(lái)的上升沿同步。由于第二時(shí)鐘信號(hào)CLK2的頻率是第一時(shí)鐘信號(hào)CLK1的頻率的3倍，因此后級(jí)段的轉(zhuǎn)換處理速度也是前級(jí)段轉(zhuǎn)換處理速度的3倍。由于較高位的轉(zhuǎn)換處理中的減法和放大等模擬處理的精度對(duì)整體轉(zhuǎn)換精度有較大影響，因此對(duì)承擔(dān)此任務(wù)的前級(jí)段的精度要求也更高。因此，在本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)中，不像前級(jí)段那樣要求處理精度的后級(jí)段，其轉(zhuǎn)換處理速度可以比前級(jí)段處理速度更高。
第一放大電路4011及第一AD轉(zhuǎn)換電路4012，在第一時(shí)鐘信號(hào)CLK1的上升沿，對(duì)輸入模擬信號(hào)Vin進(jìn)行采樣(Sample)。第一放大電路4011，在第一時(shí)鐘信號(hào)CLK1為高電平時(shí)將采樣的模擬信號(hào)保持(Hold)，并在第一時(shí)鐘信號(hào)為低電平時(shí)自動(dòng)清零(AZ)。第二放大電路4015，在第一時(shí)鐘信號(hào)CLK1的下降沿，對(duì)輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行采樣。第一時(shí)鐘信號(hào)CLK1為低電平時(shí)將采樣的模擬信號(hào)放大后，輸出給第三放大電路4019及第二AD轉(zhuǎn)換電路4017，并當(dāng)?shù)谝粫r(shí)鐘信號(hào)CLK1為高電平時(shí)自動(dòng)清零。第一AD轉(zhuǎn)換電路4012，當(dāng)?shù)谝粫r(shí)鐘信號(hào)CLK1為高電平時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換(INOPERATION(COMP))并輸出數(shù)字值D9～D6，當(dāng)?shù)谝粫r(shí)鐘信號(hào)CLK1為低電平時(shí)自動(dòng)清零。第一DA轉(zhuǎn)換電路4013，當(dāng)?shù)谝粫r(shí)鐘信號(hào)CLK1為低電平時(shí)保持轉(zhuǎn)換確定數(shù)據(jù)(IN OPERATION(CONVERTED))，當(dāng)?shù)谝粫r(shí)鐘信號(hào)CLK1為高電平時(shí)變?yōu)椴欢顟B(tài)。
第一開關(guān)SW401，當(dāng)開關(guān)信號(hào)CLKSW為高電平時(shí)導(dǎo)通，當(dāng)開關(guān)信號(hào)CLKSW為低電平時(shí)關(guān)斷。第二開關(guān)SW402，當(dāng)開關(guān)信號(hào)為低電平時(shí)導(dǎo)通，當(dāng)開關(guān)信號(hào)CLKSW為高電平時(shí)導(dǎo)通。
第三放大電路4019及第二AD轉(zhuǎn)換電路4017，在第二時(shí)鐘信號(hào)CLK2的上升沿，對(duì)輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行采樣。第三放大電路4019，當(dāng)?shù)诙r(shí)鐘信號(hào)CLK2為高電平時(shí)將采樣的信號(hào)放大，并當(dāng)?shù)诙r(shí)鐘信號(hào)CLK2為低電平時(shí)自動(dòng)清零，在第二AD轉(zhuǎn)換電路4017轉(zhuǎn)換最低位D1～D0的期間，不進(jìn)行放大。第四放大電路4021，在第二時(shí)鐘信號(hào)CLK2的下降沿，對(duì)輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行采樣。當(dāng)?shù)诙r(shí)鐘信號(hào)CLK2為低電平時(shí)將采樣的模擬信號(hào)放大，并當(dāng)?shù)诙r(shí)鐘信號(hào)CLK2為高電平時(shí)自動(dòng)清零，在第二AD轉(zhuǎn)換電路4017將D1～D0轉(zhuǎn)換后的下半個(gè)時(shí)鐘期間，不進(jìn)行放大。
第二AD轉(zhuǎn)換電路4017，當(dāng)?shù)诙r(shí)鐘信號(hào)CLK2為高電平時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換并去除冗余位部分輸出2位，當(dāng)?shù)诙r(shí)鐘信號(hào)CLK2為低電平時(shí)自動(dòng)清零。第二DA轉(zhuǎn)換電路4018，當(dāng)?shù)诙r(shí)鐘CLK2為低電平時(shí)保持轉(zhuǎn)換確定數(shù)據(jù)；當(dāng)?shù)诙r(shí)鐘信號(hào)CLK2為高電平時(shí)變?yōu)椴欢顟B(tài)，第二AD轉(zhuǎn)換電路4017的輸出為D1～D0時(shí)不進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
第一放大電路4011、第二放大電路4015、第三放大電路4019、第四放大電路4021、第一AD轉(zhuǎn)換電路4012及第二AD轉(zhuǎn)換電路4017的自動(dòng)清零期間，為對(duì)輸入的信號(hào)采樣中的狀態(tài)。如圖所示，在第二AD轉(zhuǎn)換電路4017轉(zhuǎn)換D5～D4及D3～D2的期間，第一AD轉(zhuǎn)換電路4012同時(shí)對(duì)接下來(lái)輸入的輸入模擬信號(hào)Vin進(jìn)行轉(zhuǎn)換。通過這種流水線處理，從AD轉(zhuǎn)換器整體來(lái)看，能以第一時(shí)鐘信號(hào)CLK1為基準(zhǔn)，1周期輸出1次、1次輸出10位數(shù)字值。
下面，對(duì)第一放大電路4011、第二放大電路4015、第三放大電路4019及第四放大電路4021的詳細(xì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。圖17表示用單端的開關(guān)電容運(yùn)算放大器來(lái)構(gòu)成這些放大電路時(shí)的圖。圖18表示對(duì)開關(guān)電容運(yùn)算放大器的工作進(jìn)行說(shuō)明的時(shí)序圖。圖17中，運(yùn)算放大器40100的反相輸入端中，連接有輸入用電容C401，輸入電壓Vin1通過Vin1用開關(guān)SW4012輸入進(jìn)來(lái)，輸入電壓Vin2通過Vin2用開關(guān)SW4013輸入進(jìn)來(lái)。再者，輸入電壓Vin1，相當(dāng)于輸入模擬信號(hào)Vin或者從前段輸入的模擬信號(hào)；輸入電壓Vin2，相當(dāng)于第一DA轉(zhuǎn)換電路4013及第二DA轉(zhuǎn)換電路4018的輸出模擬信號(hào)或者參考電壓。運(yùn)算放大器40100的輸出端，通過反饋用電容C402與反相輸入端連接。另外，其外側(cè)連接有自動(dòng)清零用開關(guān)SW4011，構(gòu)成為可以將運(yùn)算放大器40100的輸出端與反相輸入端短路。
下面，參照?qǐng)D18對(duì)圖17所示的單端的開關(guān)電容運(yùn)算放大器的工作進(jìn)行說(shuō)明。首先，為了令自動(dòng)清零電位為Vag，讓自動(dòng)清零用開關(guān)SW4011為導(dǎo)通。在此狀態(tài)下，輸入側(cè)節(jié)點(diǎn)N401及輸出側(cè)節(jié)點(diǎn)N402，都是自動(dòng)清零電位Vag。為了對(duì)輸入電壓Vin1進(jìn)行采樣，令Vin1用開關(guān)SW12為導(dǎo)通，令Vin2用開關(guān)SW4013為關(guān)斷。此時(shí)，輸入側(cè)節(jié)點(diǎn)N401的電荷QA如下式(A14)。
QA＝C401(Vin1-Vag) ……(A14)
接下來(lái)，通過虛地來(lái)進(jìn)行放大，令自動(dòng)清零用開關(guān)SW4011關(guān)斷。之后，為了減去輸入電壓Vin2，將Vin1用開關(guān)SW4012關(guān)斷，并令Vin2用開關(guān)SW4013導(dǎo)通。此時(shí)，輸入側(cè)節(jié)點(diǎn)N401的電荷QB如下式(A15)所示。
QB＝C401(Vin2-Vag)+C402(Vout-Vag) ……(A15)由于輸入側(cè)節(jié)點(diǎn)401上沒有電荷逃出的路徑，因此根據(jù)電荷守恒定律有QA＝QB，即下式(A16)成立，Vout＝C401/C402(Vin1-Vin2)+Vag ……(A16)從而，若認(rèn)為自動(dòng)清零電位Vag為理想地電位，該單端的開關(guān)電容運(yùn)算放大器，可將輸入電壓Vin1與輸入電壓Vin2的差，按輸入用電容C401與反饋用電容C402的電容比，進(jìn)行放大。當(dāng)然，即使自動(dòng)清零電位Vag不是理想地電位，也能獲得其近似值。
接下來(lái)，對(duì)用CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)芯片構(gòu)成運(yùn)算放大器的示例進(jìn)行說(shuō)明。圖19表示單端中的運(yùn)算放大器40100的差動(dòng)放大部分的等價(jià)電路圖。運(yùn)算放大器40100具備P溝道型MOS(Metal-Oxide Semiconductor金屬氧化物半導(dǎo)體)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(以下稱作PMOS晶體管)M403、M404，N溝道型MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管(以下稱作NMOS晶體管)M401、M402，以及恒定電流源40101。
一對(duì)PMOS晶體管M403、M404，漏極上施加了電源電壓Vdd，柵極上施加了偏置電壓。一對(duì)PMOS晶體管M403、M404，構(gòu)成電流鏡電路，兩方的源極上流有相等的漏極電流。一對(duì)NMOS晶體管M401、M402，漏極分別與一對(duì)PMOS晶體管M403、M404相連接，源極與恒定電流源40101連接。柵極上施加差動(dòng)輸入IN1、IN2。然后，從PMOS晶體管M404與NMOS晶體管M402的連接點(diǎn)得到輸出OUT。由NMOS晶體管M401、M402及PMOS晶體管M403、M404的互導(dǎo)及輸出電阻決定增益。在恒定電流源40101上，可以使用NMOS晶體管。在該NMOS晶體管的柵極上施加偏置電壓，在飽和區(qū)域工作。
圖20表示由完全差動(dòng)方式的開關(guān)電容運(yùn)算放大器構(gòu)成時(shí)的圖。完全差動(dòng)方式，與單端方式相比，抗噪聲性好、輸出振幅大。圖20中，運(yùn)算放大器40110的同相輸入端上，連接有輸入用電容C401a，輸入電壓Vin1(+)通過Vin1用開關(guān)SW4012a輸入進(jìn)來(lái)，輸入電壓Vin2(+)通過Vin2用開關(guān)SW4013a輸入進(jìn)來(lái)。在運(yùn)算放大器40100的反相輸入端上，連接有輸入用電容C401b，輸入電壓Vin1(-)通過Vin1用開關(guān)SW4012b輸入進(jìn)來(lái)，輸入電壓Vin2(-)通過Vin2用開關(guān)SW4013b輸入進(jìn)來(lái)。運(yùn)算放大器40110的反相輸出端和同相輸入端，通過反饋用電容C402a連接起來(lái)。運(yùn)算放大器40110的同相輸出端和反相輸入端，通過反饋用電容C402b連接起來(lái)。另外，輸入側(cè)節(jié)點(diǎn)N401a、N401b及輸出側(cè)節(jié)點(diǎn)N402a、N402b上，連接有自動(dòng)清零用開關(guān)SW4011a～d。自動(dòng)清零用開關(guān)SW4011a～d在相同時(shí)刻動(dòng)作，導(dǎo)通時(shí)輸入側(cè)節(jié)點(diǎn)N401a、N401b及輸出側(cè)節(jié)點(diǎn)N402a、N402b的電位，為自動(dòng)清零電位Vag。
下面，對(duì)圖20的該完全差動(dòng)方式的開關(guān)電容運(yùn)算放大器的工作進(jìn)行說(shuō)明。動(dòng)作時(shí)序，與圖18所示的時(shí)序相同。首先，為了成為自動(dòng)清零電位Vag，令自動(dòng)清零用開關(guān)SW4011a～d為導(dǎo)通。在此狀態(tài)下，輸入側(cè)節(jié)點(diǎn)N401a、b及輸出側(cè)節(jié)點(diǎn)N402a、b，都為自動(dòng)清零電位Vag。為了對(duì)輸入電壓Vin1進(jìn)行采樣，令Vin1用開關(guān)SW4012a、b導(dǎo)通，令Vin2用開關(guān)SW4013a、b關(guān)斷。此時(shí)，輸入側(cè)節(jié)點(diǎn)N401a的電荷QAA如下式(A17)所示，輸入側(cè)節(jié)點(diǎn)N401b的電荷QAB如下式(A18)所示。
QAA＝C401{Vin1(+)-Vag}…(A17)QAB＝C401{Vin1(-)-Vag}…(A18)接下來(lái)，通過成為虛地狀態(tài)進(jìn)行放大，令自動(dòng)清零用開關(guān)SW4011a～d關(guān)斷。之后，為了減去輸入電壓Vin2，令Vin1用開關(guān)SW4012a、b關(guān)斷，并令Vin2用開關(guān)SW4013a、b導(dǎo)通。此時(shí)，輸入側(cè)節(jié)點(diǎn)N401a的電荷QBA如下式(A19)所示，輸入側(cè)節(jié)點(diǎn)N401b的電荷QBB如下式(A20)所示。
QBA＝C401{Vin2(+)-Vag}+C402{Vout(+)-Vag}…(A19)QBB＝C401{Vin2(-)-Vag}+C402{Vout(-)-Vag}…(A20)由于輸入側(cè)節(jié)點(diǎn)N401中沒有電荷逃出的路徑，因此根據(jù)電荷守恒定律有QAA＝QBA以及QAB＝QBB，所以下式(A21)、(A22)成立，Vout(+)＝C401/C402{Vin1(+)-Vin2(+)}+Vag…(A21)
Vout(-)＝C401/C402{Vin1(-)-Vin2(-)}+Vag …(A21)2個(gè)輸出側(cè)節(jié)點(diǎn)N402a、N402b的電壓差Vout如下式(A23)所示。
Vout＝Vout(+)-Vout(-)＝C401/C402[{Vin1(+)-Vin1(-)}+{Vin2(+)-Vin2(-)}]…(A23)從而，完全差動(dòng)方式的開關(guān)電容運(yùn)算放大器，能將輸入電壓Vin1與輸入電壓Vin2之差，按輸入用電容C401和反饋用電容C402的電容比，進(jìn)行放大。
圖21表示完全差動(dòng)方式中的運(yùn)算放大器40110的差動(dòng)放大部分的等價(jià)電路圖?；旧吓c圖19說(shuō)明的相同。從PMOS晶體管M403與NMOS晶體管M401的連接點(diǎn)，及PMOS晶體管M404和NMOS晶體管M402的連接點(diǎn)，獲得差動(dòng)輸出OUT1、2。另外，從電源側(cè)向接地側(cè)流有貫電流。
構(gòu)成圖15所示的AD轉(zhuǎn)換器的多個(gè)放大電路4011、4015、4019、4021中，要求的精度，一般以模擬信號(hào)傳輸?shù)穆窂降捻樞蚺帕小＜?，第一放大電?011→第二放大電路4015→第三放大電路4019→第四放大電路4021。這是因?yàn)閷?duì)越接近高位的位進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，要求的精度越高。對(duì)放大電路4011、4015、4019、4021的要求精度若降低，其偏置(offset)和DC增益等的要求也降低。這里的偏置是指構(gòu)成放大電路的運(yùn)算放大器的輸入端子間的電壓。若此值過大，會(huì)破壞運(yùn)算放大器的虛地狀態(tài)，導(dǎo)致精度惡化。
圖15中，構(gòu)成4個(gè)放大電路4011、4015、4019、4021的運(yùn)算放大器、電容值、開關(guān)尺寸等，可根據(jù)要求精度改變。另外，根據(jù)對(duì)各放大電路的要求精度，也可將放大率實(shí)質(zhì)相同、實(shí)現(xiàn)相同功能的放大電路的電路常數(shù)設(shè)定為不同的值，并且可將這些放大電路設(shè)計(jì)為各不相同的電路結(jié)構(gòu)。即，即使對(duì)多個(gè)放大電路以相同的放大率規(guī)格進(jìn)行設(shè)計(jì)，例如為2倍或4倍，但實(shí)際上由于與各放大電路等的性能相關(guān)，也會(huì)產(chǎn)生1％、0.1％的精度誤差。這里，所謂實(shí)際相同的放大率意思是，雖然放大電路等理想性能的設(shè)計(jì)規(guī)格相同，但在實(shí)際性能上放大率有所不同，但也視為相同。
下面，對(duì)具有實(shí)際相同的放大率的放大電路中，設(shè)置較高規(guī)格的放大電路和較低規(guī)格的放大電路的示例進(jìn)行說(shuō)明。這里，所謂較高規(guī)格，為提高放大電路的性能。所謂性能，主要指精度性能和速度性能。首先，對(duì)精度性能進(jìn)行說(shuō)明。如上所述，有時(shí)雖然放大率的規(guī)格相同但精度規(guī)格卻不同。當(dāng)然，比起抑制1％的誤差，抑制0.1％的誤差在設(shè)計(jì)上困難更大。此時(shí)，由于要成為上述的較高規(guī)格，則必須為高精度的規(guī)格。就放大電路來(lái)說(shuō)，若提高開環(huán)增益，就能達(dá)到高精度。下面，對(duì)速度性能進(jìn)行說(shuō)明。除了精度，若負(fù)荷不同的話放大率的規(guī)格即使相同，放大電路所要求的速度規(guī)格也會(huì)改變。此時(shí)，由于為了成為上述的較高規(guī)格，必須為高速的規(guī)格。就放大電路來(lái)說(shuō)，提高通過速率，就能達(dá)到高速化。
下面，對(duì)調(diào)整電路常數(shù)、電路結(jié)構(gòu)以調(diào)整放大率以外的規(guī)格的具體方法進(jìn)行說(shuō)明。所謂電路常數(shù)，為晶體管的尺寸、電阻值、電容值等設(shè)定值。首先，圖17及圖20所示的運(yùn)算放大器40100、40110的開環(huán)增益的特性，影響放大電路4011、4015、4019、4021的特性。即，運(yùn)算放大器40100、40110的開環(huán)增益如果下降，放大電路4011、4015、4019、4021的虛地就會(huì)崩潰，導(dǎo)致精度惡化。因此，若將構(gòu)成圖17或圖20所示的運(yùn)算放大器40100、40110的各種PMOS晶體管M403、M404，NMOS晶體管M401、M402的柵寬設(shè)計(jì)得較寬，流過較大得漏極電流，增益也就較大。從而，提高放大電路4011、4015、4019、4021的精度。
若柵寬較大，自然電路面積也會(huì)增大。因此，也可只將構(gòu)成要求精度較高的放大電路的晶體管的柵寬設(shè)計(jì)得較大，并將構(gòu)成不要求精度那么高的放大電路的晶體管的柵寬設(shè)計(jì)得較小。例如在圖15中，可根據(jù)要求精度的順序，以第一放大電路4011→第二放大電路4015→第三放大電路4019→第四放大電路4021的順序依次減小柵寬。這樣，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度化、小面積化及省電化，從而將AD轉(zhuǎn)換器整體設(shè)計(jì)得高效。
接下來(lái)，圖17及圖20所示的輸入用電容C401及反饋用電容C402的電容值，也影響放大電路4011、4015、4019、4021的特性。圖17及圖20所示的放大電路4011、4015、4019、4021，通過輸入用電容C401及反饋用電容C402的電容比，來(lái)調(diào)整增益。從而，對(duì)于輸入用電容C401及反饋用電容C402的電容的絕對(duì)值，不必特別考慮。
這一點(diǎn)，對(duì)于Vin1用開關(guān)SW4012及Vin2用開關(guān)SW4013的導(dǎo)通電阻等電阻成分的熱噪聲，影響輸入用電容C401電容值的絕對(duì)值。由此電阻成分與輸入用電容C401形成的RC電路的噪聲電平約為kT/C401。這里，常數(shù)k為玻耳茲曼常數(shù)，變量T為絕對(duì)溫度。不難看出，若減小輸入用電容C401的電容值，電阻成分的熱噪聲就會(huì)變大；若增加該電容值，該熱噪聲就會(huì)減小。這種熱噪聲，會(huì)使在信號(hào)采樣時(shí)，在向輸入用電容C401的輸入電壓上產(chǎn)生誤差，從而使放大電路4011、4015、4019、4021的精度惡化。
若增大輸入用電容C401的電容值，還增大反饋用電容C402的電容值，電路面積自然也會(huì)增大。另外，流水線型的AD轉(zhuǎn)換器這種多個(gè)級(jí)段串聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)中，電容值的增加，也會(huì)導(dǎo)致放大電路的負(fù)荷電容的增加，并增加電流。因此，將要求精度較高的放大電路的電容值設(shè)定得較大；將精度不要求那么高得放大電路的電容值設(shè)定得較小。例如圖15所示，根據(jù)要求精度的順序，以第一放大電路4011→第二放大電路4015→第三放大電路4019→第四放大電路4021的順序依次減小電容值。這樣，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度化、小面積化及省電化，從而將AD轉(zhuǎn)換器整體設(shè)計(jì)得高效。
再者，若減小Vin1用開關(guān)SW4012及Vin2用開關(guān)SW4013的尺寸，雖然導(dǎo)通電阻變小了，但對(duì)熱噪聲沒有影響。但是，由于縮小了上述RC電路的時(shí)間常數(shù)，能降低因該RC電路的低通濾波器效果產(chǎn)生的輸入用電容C401的輸入電壓延遲。
然后，圖19和圖21所示的運(yùn)算放大器40100、40110的電源電壓Vdd，也影響放大電路4011、4015、4019、4021的特性。電源電壓Vdd，也可設(shè)定為5V、3.3V、2.5V之類的各種電壓。例如，可將要求精度較高的放大電路的電源電壓Vdd設(shè)定得較高，將精度要求不那么高的放大電路的電源電壓Vdd設(shè)定得較低。這樣，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)高精度化和省電化，從而將AD轉(zhuǎn)換器整體設(shè)計(jì)得高效。
其次，運(yùn)算放大器40100、40110如圖19和圖21所示，由各種晶體管構(gòu)成，不一定要和NMOS晶體管M401、M402的特性相同。NMOS晶體管M401、M402的柵極電壓的閾值上若有偏移，會(huì)對(duì)運(yùn)算放大器40100、40110的虛地產(chǎn)生影響，從而令4011、4015、4019、4021的特性惡化。柵極的面積越大，由于能夠抑制一對(duì)NMOS晶體管M401、M402間的特性的不一致性，該偏移就會(huì)變小。因此，可將構(gòu)成要求精度較高的放大電路的晶體管的柵極面積設(shè)計(jì)得較大，將構(gòu)成精度不要求那么高的放大電路的晶體管的柵極面積設(shè)計(jì)得較小。這樣，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)高精度化、小面積化及省電化，從而將AD轉(zhuǎn)換器整體設(shè)計(jì)得高效。
這些電路常數(shù)，也可以照搬到具有實(shí)際相同的增益的放大電路中。如圖15所示，第二放大電路4015、第三放大電路4019及第四放大電路4021的放大率為2倍。但是，要求得精度卻不相同。因此，以第二放大電路4015→第三放大電路4019→第四放大電路4021的順序依次減小柵寬，并且依次增大輸入用電容C401及反饋用電容C402的電容值。這樣，將AD轉(zhuǎn)換器整體設(shè)計(jì)得高效。
再來(lái)，對(duì)電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。如上所述，圖17及圖20所示的運(yùn)算放大器40100、40110的開環(huán)增益的特性如果惡化，放大電路4011、4015、4019、4021的精度也會(huì)惡化。因此，若增加圖19及圖21所示的運(yùn)算放大器40100、40110的開環(huán)增益，則能提高放大電路4011、4015、4019、4021的精度。
圖22表示單端中的運(yùn)算放大器40100的差動(dòng)放大部分的等價(jià)電路的第一變形例的圖。圖22所示的運(yùn)算放大器40100，在圖19所示的運(yùn)算放大器40100上添加連接了一對(duì)PMOS晶體管M405、M406及一對(duì)NMOS晶體管M407、M408構(gòu)成。在PMOS晶體管M405、M406及NMOS晶體管M407、M408的柵極上，施加規(guī)定的偏置電壓。
兩對(duì)PMOS晶體管M403～M406，構(gòu)成級(jí)聯(lián)(cascade)的源極中流有相等的漏極電流。兩對(duì)NMOS晶體管M401、M402、M407、M408，也分別級(jí)聯(lián)連接。添加了這些元件的圖22的運(yùn)算放大器40100，與圖19的運(yùn)算放大器40100相比，由于添加的PMOS晶體管M406及NMOS晶體管M408的互導(dǎo)及輸出電阻，使得電路整體的互導(dǎo)及輸出電阻增大，增益也增大。這樣，若增加構(gòu)成運(yùn)算放大器40100的晶體管的數(shù)量，就能增大增益。但是，由于添加了PMOS晶體管M405、M406及NMOS晶體管M407、M408，使得應(yīng)確保的過載電壓用范圍也會(huì)增大，從而會(huì)使電路整體的輸出允許電壓范圍變窄。此輸出允許電壓范圍，若提高電源電壓Vdd，就能變大。此時(shí)，耗電量也會(huì)增加。
圖23表示單端中的運(yùn)算放大器40100的差動(dòng)放大部分的等價(jià)電路的第二變形例的圖。圖23所示的運(yùn)算放大器40100，是在圖19所示的運(yùn)算放大器40100上又連接了級(jí)聯(lián)連接的PMOS晶體管M409、NMOS晶體管M4010、M4011構(gòu)成。在PMOS晶體管M409、NMOS晶體管M4010、M4011的柵極上施加有規(guī)定的偏置電壓。NMOS晶體管M4011起到恒定電流源的作用。
從NMOS晶體管M402的漏極取出的輸出，輸入到PMOS晶體管M409的漏極中并放大。然后，圖23所示的電路整體的輸出OUT，從NMOS晶體管M4010的漏極取出。通過這種電路，能夠獲得與圖22所示的電路相同的增益。并且，輸出允許電壓范圍，也能確保為與圖19所示的電路的輸出允許電壓范圍相同的范圍。但是，電路輸出OUT，由于添加了上述級(jí)聯(lián)連接的PMOS晶體管M409、NMOS晶體管M4010、M4011，會(huì)產(chǎn)生延遲。另外，耗電量也會(huì)增加。
這樣，運(yùn)算放大器40100，可為各種電路結(jié)構(gòu)。上述的變形例之外，例如還可增加晶體管的數(shù)量、增加級(jí)段數(shù)量甚至增加增益。通過這些電路結(jié)構(gòu)，能改變?cè)鲆?、輸出允許電壓范圍、速度及耗電量等性能參數(shù)。在本實(shí)施例中，根據(jù)4個(gè)放大電路4011、4015、4019、4021各自的用途和要求精度，靈活運(yùn)用這些電路結(jié)構(gòu)。
例如在圖15中，根據(jù)要求的精度的順序，一般來(lái)說(shuō)為第一放大電路4011→第二放大電路4015→第三放大電路4019→第四放大電路4021。因此，第一放大電路4011，采用上述的級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)以增大增益。另外，由于輸入了最大的信號(hào)，因此采用輸出電壓范圍較大的結(jié)構(gòu)。由于能夠獲得較長(zhǎng)的工作時(shí)間，因此只要確保一定以上的速度就可以。第四放大電路4021，由于沒有輸入較大的信號(hào)，精度要求也不是太高，因此沒必要為了增大增益、擴(kuò)大輸出允許范圍，而增加晶體管的數(shù)量、提高電源電壓Vdd。這里為了提高AD轉(zhuǎn)換器整體的效率，采用簡(jiǎn)潔的電路結(jié)構(gòu)，從而控制電路面積和耗電量。
這些電路結(jié)構(gòu)，也可以照搬到具有實(shí)際相同的增益的放大電路中。圖15中，第二放大電路4015、第三放大電路4019及第四放大電路4021的放大率為2倍。但是，要求的精度卻各不相同。因此，可以按第二放大電路→第三放大電路4019→第四放大電路4021這種順序，采用簡(jiǎn)潔的電路結(jié)構(gòu)。這樣，能夠?qū)D轉(zhuǎn)換器整體設(shè)計(jì)得高效。
(第四實(shí)施方式的第二實(shí)施例)第四實(shí)施方式的第二實(shí)施例，為循環(huán)型的AD轉(zhuǎn)換器，是首先轉(zhuǎn)換4位，之后循環(huán)3次每次轉(zhuǎn)換2位，并輸出共計(jì)10位的示例。
圖24表示本第二實(shí)施例中的AD轉(zhuǎn)換器2的結(jié)構(gòu)。第一開關(guān)SW403及第二開關(guān)SW404，為交替導(dǎo)通關(guān)斷的開關(guān)。在初始狀態(tài)下，第一開關(guān)SW403為導(dǎo)通狀態(tài)、第二開關(guān)SW404為關(guān)斷狀態(tài)。輸入模擬信號(hào)Vin，通過第一開關(guān)SW403，輸入到第一放大電路4031及AD轉(zhuǎn)換電路4032中。AD轉(zhuǎn)換電路4032，為快閃型，其最大分辨率、即轉(zhuǎn)換位數(shù)為4位。AD轉(zhuǎn)換電路4032，將通過第一開關(guān)SW403輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，取出高4位(D9～D6)，并輸出到圖中未表示的編碼器及DA轉(zhuǎn)換電路4033中。DA轉(zhuǎn)換電路4033，將由AD轉(zhuǎn)換電路4032轉(zhuǎn)換出的數(shù)字值轉(zhuǎn)換為模擬值。第一放大電路4031，將輸入的模擬信號(hào)放大2倍，并輸出給減法電路4034。減法電路4034，從第一放大電路4031的輸出中，將DA轉(zhuǎn)換電路4033的輸出減去。這里，DA轉(zhuǎn)換電路4033的輸出，被放大實(shí)際2倍。這可以通過將AD轉(zhuǎn)換電路4032的基準(zhǔn)電壓范圍、和DA轉(zhuǎn)換電路4033的基準(zhǔn)電壓范圍設(shè)定為1∶2來(lái)實(shí)現(xiàn)。第二放大電路4035，將減法電路4034輸出放大2倍。再者，減法電路4034及第二放大電路4035，也可為一體化的減法放大電路4036。這樣，能夠簡(jiǎn)化電路。
在此階段中，第一開關(guān)SW403變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)、第二開關(guān)SW404變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。第二放大電路4035的輸出模擬信號(hào)，通過第二開關(guān)SW404，反饋給第一放大電路4031及AD轉(zhuǎn)換電路4032。AD轉(zhuǎn)換電路4032，將通過第二開關(guān)SW404輸入的模擬信號(hào)，除1位冗余之外轉(zhuǎn)換為2位，并取得從高位開始的第5、6(D5～D4)位，并輸出到圖中未表示的編碼器及DA轉(zhuǎn)換電路4033中。DA轉(zhuǎn)換電路4033、第一放大電路4031、減法電路4034及第二放大電路4035的動(dòng)作，與第一次轉(zhuǎn)換時(shí)相同。AD轉(zhuǎn)換電路4032由于在第二次以后轉(zhuǎn)換2位，因此第一放大電路4031及第二放電路4035，總計(jì)放大實(shí)際4(2的2次方)倍。以下，重復(fù)上述處理，AD轉(zhuǎn)換電路4032，取出從高位開始的第7、8位(D3～D2)及從高位開始的第9、10位(D1～D0)。這樣，獲得10位的數(shù)字值。
對(duì)于第一放大電路4031及第二放大電路4035的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，與本實(shí)施方式的第一實(shí)施例說(shuō)明的相同。另外，第一放大電路4031及第二放大電路4035這兩個(gè)電路的電路常數(shù)、電路結(jié)構(gòu)的設(shè)定、設(shè)計(jì)也和本實(shí)施方式的第一實(shí)施例說(shuō)明的基本相同。第二放大電路4035，為比第一放大電路4031更簡(jiǎn)潔的電路結(jié)構(gòu)，電路常數(shù)的設(shè)定也可更寬松。
以上，基于實(shí)施例對(duì)本實(shí)施方式進(jìn)行了說(shuō)明。此實(shí)施例為示例，其各構(gòu)成要素和處理過程的組合可以成為各種變形例。另外，這些變形例也在本實(shí)施方式的范圍中，這點(diǎn)作為本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解。
本實(shí)施方式的各實(shí)施例所述的AD轉(zhuǎn)換電路的轉(zhuǎn)換位數(shù)及其分配、放大電路的放大率的參數(shù)也不過是一個(gè)示例，在變形例中也可采用這些參數(shù)以外的其他數(shù)值。另外，級(jí)段數(shù)，也不限于1段和2段，也可采用3段以上。另外，這些級(jí)段的一段以上可為循環(huán)型的結(jié)構(gòu)。
本實(shí)施方式的第一實(shí)施例中，也可去除第一放大電路4011。如果對(duì)第二放大電路4015或者第一減法放大電路4016的輸入模擬信號(hào)Vin采樣時(shí)刻進(jìn)行調(diào)整，或?qū)?gòu)成第一AD轉(zhuǎn)換電路4012的電壓比較元件的輸入模擬信號(hào)Vin和參考電壓之間的輸入時(shí)刻進(jìn)行切換，即使去除第一放大電路4011也能保證AD轉(zhuǎn)換器整體的工作。這樣，能夠減小電路面積。此時(shí)，一般來(lái)說(shuō)精度要求的順序?yàn)榈诙糯箅娐?015→第三放大電路4019→第四放大電路4021。另外同樣地，也可去除第三放大電路4019。此時(shí)，一般來(lái)說(shuō)，精度要求的順序?yàn)榈谝环糯箅娐?011→第二放大電路4015→第四放大電路4021。
另外，在本實(shí)施方式的各實(shí)施例中，為了改善輸入信號(hào)的采樣時(shí)刻，對(duì)用開關(guān)電容運(yùn)算放大器構(gòu)成各放大電路的示例進(jìn)行了說(shuō)明。關(guān)于這一點(diǎn)，放大電路并不限于此，也可為主要使用電阻的一般的放大電路。
還有，在本實(shí)施方式的各實(shí)施例中，對(duì)用CMOS工藝構(gòu)成的示例進(jìn)行了說(shuō)明。關(guān)于這一點(diǎn)，也可用TTL(Transistor Transistor Logic(晶體管-晶體管邏輯))工藝構(gòu)成。
權(quán)利要求
1.一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，具有AD轉(zhuǎn)換電路，其將輸入模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為規(guī)定位數(shù)的數(shù)字值；DA轉(zhuǎn)換電路，其將所述AD轉(zhuǎn)換電路的輸出轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)；第一放大電路，其與所述AD轉(zhuǎn)換電路并聯(lián)設(shè)置，將所述輸入模擬信號(hào)以規(guī)定放大率進(jìn)行放大；減法電路，其從所述第一放大電路的輸出中，將以與所述第一放大電路進(jìn)行放大的放大率實(shí)質(zhì)相同的放大率進(jìn)行放大的所述DA轉(zhuǎn)換電路的輸出減去；以及第二放大電路，其將所述減法電路的輸出放大，并反饋到所述AD轉(zhuǎn)換電路及所述第一放大電路的輸入。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，在由所述AD轉(zhuǎn)換電路及所述DA轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成的部分中，以與所述第一放大電路進(jìn)行放大的放大率實(shí)質(zhì)相同的放大率進(jìn)行放大。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，生成所述DA轉(zhuǎn)換電路的參考電位的基準(zhǔn)電壓范圍、和生成所述AD轉(zhuǎn)換電路的參考電位的基準(zhǔn)電壓范圍之比，根據(jù)所述規(guī)定的放大率來(lái)設(shè)定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述減法電路及所述第二放大電路為一體化的減法放大電路；所述一體化的減法放大電路，以與所述第一放大電路進(jìn)行放大的放大率實(shí)質(zhì)相同的放大率，對(duì)所述AD轉(zhuǎn)換電路的輸出進(jìn)行放大，并從所述第一放大電路的輸出中進(jìn)行減法放大。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述一體化的減法放大電路包含運(yùn)算放大電路；所述運(yùn)算放大電路中，連接有輸入所述第一放大電路的輸出的第一端子、和輸入所述DA轉(zhuǎn)換電路的輸出的第二端子；所述第二端子和所述DA轉(zhuǎn)換電路之間連接的電容、與所述第一端子和所述第一放大電路之間連接的電容之比，根據(jù)所述規(guī)定的放大率來(lái)設(shè)定。
6.一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，具有AD轉(zhuǎn)換電路，其將輸入模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為規(guī)定位數(shù)的數(shù)字值；DA轉(zhuǎn)換電路，其將所述AD轉(zhuǎn)換電路的輸出轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)；第一放大電路，其與所述AD轉(zhuǎn)換電路并聯(lián)設(shè)置，將所述輸入模擬信號(hào)以第一放大率進(jìn)行放大；減法電路，其從所述第一放大電路的輸出中，減去以與所述第一放大電路進(jìn)行放大的放大率實(shí)質(zhì)相同的放大率進(jìn)行放大的所述DA轉(zhuǎn)換電路的輸出；以及第二放大電路，其將所述減法電路的輸出以第二放大率放大，并反饋到所述AD轉(zhuǎn)換電路；所述第一放大率及所述第二放大率的合計(jì)放大率，滿足必要放大率；所述第一放大率的值為大于1的值，并且在所述第二放大率的值以下。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述第一放大率的值為所述第二放大率的值的1/2以下的值。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述第一放大率的值，為在所述第一放大電路中將期望的輸入電壓范圍的全部輸入信號(hào)收納于輸出電壓范圍中的最大值；所述第二放大率的值，為滿足所述必要放大率的剩余的值。
9.根據(jù)權(quán)利要求6～8中任一項(xiàng)所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器是由多個(gè)級(jí)段構(gòu)成的流水線型的模數(shù)轉(zhuǎn)換器；所述多個(gè)級(jí)段中的至少一個(gè)級(jí)段包含權(quán)利要求6～8中任一項(xiàng)所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的循環(huán)型的級(jí)段。
10.根據(jù)權(quán)利要求6～8中任一項(xiàng)所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述第一放大率的值為2。
11.一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，具有AD轉(zhuǎn)換電路，其將輸入模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為規(guī)定位數(shù)的數(shù)字值；DA轉(zhuǎn)換電路，其將所述AD轉(zhuǎn)換電路的輸出轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)；第一放大電路，其與所述AD轉(zhuǎn)換電路并聯(lián)設(shè)置，將所述輸入模擬信號(hào)以第一放大率進(jìn)行放大；減法電路，其從所述第一放大電路的輸出中，減去以與所述第一放大電路進(jìn)行放大的放大率實(shí)質(zhì)相同的放大率放大的所述DA轉(zhuǎn)換電路的輸出；以及第二放大電路，將所述減法電路的輸出以第二放大率放大，并反饋到所述AD轉(zhuǎn)換電路；所述第一放大率及所述第二放大率的合計(jì)放大率，滿足必要放大率；將所述第一放大率設(shè)定為與所述第二放大率的值接近的值。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述第一放大率的值和所述第二放大率的值之間的關(guān)系為1/2以上2以下的關(guān)系。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述第一放大率的值與所述第二放大率的值為實(shí)質(zhì)相同的值。
14.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器是由多個(gè)級(jí)段構(gòu)成的流水線型的模數(shù)轉(zhuǎn)換器；所述多個(gè)級(jí)段中的至少一個(gè)級(jí)段包含權(quán)利要求11或12所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的循環(huán)型的級(jí)段。
15.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述第一放大率的值為2。
16.一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將輸入的模擬信號(hào)分為多次轉(zhuǎn)換為多位的數(shù)字信號(hào)，其特征在于，具有多個(gè)放大電路，該多個(gè)放大電路內(nèi)，具有實(shí)質(zhì)相同的放大率的2個(gè)以上放大電路，其電路常數(shù)及電路結(jié)構(gòu)的至少一方不同。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述輸入模擬信號(hào)最初輸入的放大電路的電路常數(shù)及電路結(jié)構(gòu)的至少一方，比其他放大電路的電路常數(shù)及電路結(jié)構(gòu)的至少一方具有更高的規(guī)格。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，以所述輸入模擬信號(hào)在所述多個(gè)放大電路上傳遞的先后順序，讓該多個(gè)放大電路在電路常數(shù)及電路結(jié)構(gòu)的至少一方上具有由高到低的規(guī)格。
19.根據(jù)權(quán)利要求16～18中任一項(xiàng)所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述多個(gè)放大電路包含運(yùn)算放大器作為構(gòu)成元件；所述運(yùn)算放大器的電路結(jié)構(gòu)，在所述具有實(shí)質(zhì)相同的放大率的放大電路中各不相同。
20.根據(jù)權(quán)利要求16～18中任一項(xiàng)所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述多個(gè)放大電路由開關(guān)電容運(yùn)算放大器構(gòu)成；所述開關(guān)電容運(yùn)算放大器包含運(yùn)算放大器、與該運(yùn)算放大器的輸入端子連接的1個(gè)以上的第一電容、以及在所述運(yùn)算放大器的輸入端子和輸出端子間連接的1個(gè)以上的第二電容；所述第一電容及所述第二電容的電容值，在所述具有實(shí)質(zhì)相同的放大率的放大電路中各不相同。
21.根據(jù)權(quán)利要求16～18中任一項(xiàng)所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，具有多個(gè)將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為規(guī)定位數(shù)的數(shù)字值的級(jí)段；所述多個(gè)級(jí)段內(nèi)的1個(gè)以上的級(jí)段，包含所述多個(gè)放大電路之中的1個(gè)放大電路；所述1個(gè)放大電路，對(duì)所述輸入的模擬信號(hào)、與將自身級(jí)段的轉(zhuǎn)換數(shù)字值轉(zhuǎn)換成模擬值之后的信號(hào)之差進(jìn)行放大，并反饋到自身級(jí)段的輸入中。
22.根據(jù)權(quán)利要求16～18中任一項(xiàng)所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，具有多個(gè)將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為規(guī)定位數(shù)的數(shù)字值的級(jí)段；所述多個(gè)級(jí)段內(nèi)的1個(gè)以上的級(jí)段，包含所述多個(gè)放大電路之中的2個(gè)放大電路；所述2個(gè)放大電路之中的第一放大電路，將輸入的模擬信號(hào)以規(guī)定的放大率進(jìn)行放大；所述2個(gè)放大電路之中的第二放大電路，將所述第一放大電路的輸出模擬信號(hào)、與按實(shí)質(zhì)相同于所述規(guī)定的放大率之放大率進(jìn)行放大并將自身級(jí)段的轉(zhuǎn)換數(shù)字值轉(zhuǎn)換成模擬值之后的信號(hào)之間的差值，以規(guī)定的放大率進(jìn)行放大，并反饋到自身級(jí)段的輸入中。
23.根據(jù)權(quán)利要求16～18中任一項(xiàng)所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路具有將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為規(guī)定位數(shù)的數(shù)字值的AD轉(zhuǎn)換電路、和將所述AD轉(zhuǎn)換電路的輸出轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的DA轉(zhuǎn)換電路；所述多個(gè)放大電路之中的第一放大電路，將所述輸入的模擬信號(hào)以規(guī)定的放大率進(jìn)行放大；所述多個(gè)放大電路之中的第二放大電路，將所述第一放大電路的輸出模擬信號(hào)、與按實(shí)質(zhì)相同于所述規(guī)定的放大率之放大率進(jìn)行的所述DA轉(zhuǎn)換電路的輸出模擬信號(hào)之間的差值，以規(guī)定的放大率進(jìn)行放大，并輸出給所述AD轉(zhuǎn)換電路及所述第一放大電路。
全文摘要
本發(fā)明提供一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將輸入模擬信號(hào)輸入到放大電路(11)及AD轉(zhuǎn)換電路(12)中。AD轉(zhuǎn)換電路(12)，將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為規(guī)定位數(shù)的數(shù)字值，并輸出給圖中未表示的編碼器。DA轉(zhuǎn)換電路(13)，將從AD轉(zhuǎn)換電路(12)輸出的規(guī)定位數(shù)的數(shù)字值轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。放大電路(11)，對(duì)輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行采樣后放大α(大于1的值)倍。減法電路(14)，從放大電路(11)的輸出之中，將放大α倍的DA轉(zhuǎn)換電路(13)的輸出減去。通過這種結(jié)構(gòu)，提高循環(huán)型AD轉(zhuǎn)換器的速度。
文檔編號(hào)H03M1/12GK1652467SQ200510007940
公開日2005年8月10日 申請(qǐng)日期2005年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月5日
發(fā)明者小林重人, 谷邦之, 和田淳, 兒島則章 申請(qǐng)人:三洋電機(jī)株式會(huì)社