專利名稱：A/d變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有前置放大器列與比較器列的A/D變換器。
背景技術(shù)：
以前，高速且實(shí)現(xiàn)省面積、省電的A/D變換器，如圖14所示，在具有1個(gè)以上的比較器1004的比較器列1005的前級(jí)，設(shè)置具有1個(gè)以上的前置放大器1002的前置放大器列1003。比較器列1005，一般采用對(duì)前置放大器列1003的輸出電壓進(jìn)行插補(bǔ)，同時(shí)進(jìn)行比較動(dòng)作的構(gòu)成。將前置放大器列1003設(shè)置在比較器列1005的前級(jí)的效果以及對(duì)前置放大器列1003的輸出電壓進(jìn)行插補(bǔ)并同時(shí)進(jìn)行比較動(dòng)作的效果，可以列舉出第1能夠削減A/D變換器的輸入電容，第2能夠緩和各個(gè)比較器所具有的偏移(offset)，第3能夠讓各個(gè)比較器1004的輸入動(dòng)態(tài)范圍取得較大等(關(guān)于這些效果，例如參照非專利文獻(xiàn)1、非專利文獻(xiàn)2)。
非專利文獻(xiàn)1Koji Sushihara等4人”A 6b800MSample/s CMOS A/DConverter，2000Feb.7-9，ISSCC2000/SESSION26/ANALOG TECHNIQUES/PAPER WP 26.非專利文獻(xiàn)2Koji Sushihara Akira Matsuzawa“A 7b 450Sample/s50mW CMOS ADC in 0.3mm^2”，2002Feb.3-7，ISSCC2002/SESSION10/HIGH-SPEED ADCs/10.3但是，為了緩和A/D變換器的各個(gè)比較器所具有的偏移，需要增大前置放大器的增益。
但是，以往的A/D變換器中，若因制造過程的偏差或溫度變動(dòng)、電源電壓變動(dòng)等導(dǎo)致前置放大器的增益變的過高，前置放大器的正極輸出與負(fù)極輸出的電位差，也即正負(fù)輸出電位差的波動(dòng)過大，A/D變換器的輸入信號(hào)的頻率增大，隨之前置放大器的輸出中容易產(chǎn)生畸變，即使在比較器列中對(duì)前置放大器的正極輸出與負(fù)極輸出的交叉點(diǎn)附近進(jìn)行插補(bǔ)，由于該前置放大器的畸變，也會(huì)產(chǎn)生較大的誤差，導(dǎo)致A/D變換器的特性惡化。另外，同樣如果前置放大器的增益過高，前置放大器的輸出范圍超過了比較器的輸入范圍，則比較器的應(yīng)答性就會(huì)惡化，因此存在A/D變換器的特性發(fā)生惡化這一問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，在具有前置放大器列與比較器列的A/D變換器中，使得前置放大器的增益不會(huì)變得過高，抑制A/D變換器的特性惡化。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明在具有前置放大器列與比較器列的A/D變換器中，對(duì)各個(gè)前置放大器設(shè)置前置放大器增益調(diào)整電路，對(duì)自己的前置放大器的差動(dòng)輸出端子的輸出電壓進(jìn)行監(jiān)控，在自己的前置放大器的輸出電壓超過了給定的基準(zhǔn)電壓的情況下，減小自己的前置放大器的增益。
即，本發(fā)明的A/D變換器，包括具有1個(gè)以上的前置放大器的前置放大器列、及具有1個(gè)以上的比較器的比較器列，其中上述前置放大器列的前置放大器，被輸入?yún)⒖茧妷夯虿顒?dòng)參考電壓、以及模擬輸入信號(hào)或差動(dòng)模擬輸入信號(hào)，同時(shí)具有正極輸出端子與負(fù)極輸出端子，上述前置放大器，具有如下功能將上述參考電壓與上述模擬輸入信號(hào)的電位差、或上述差動(dòng)參考電壓間的電位差與上述差動(dòng)模擬輸入信號(hào)間的電位差之間的電位差放大增益倍，并將該放大增益倍后的電位差作為差動(dòng)輸出從上述正極輸出端子以及上述負(fù)極輸出端子輸出，上述各個(gè)前置放大器的上述正極輸出端子與上述負(fù)極輸出端子，與上述比較器的比較器相連接，上述比較器，具有如下功能對(duì)上述前置放大器的輸出與比較參考電壓進(jìn)行比較，或?qū)ο噜彽膬蓚€(gè)以上的上述前置放大器的上述正極輸出端子與上述負(fù)極輸出端子的輸出電壓進(jìn)行插補(bǔ)，并對(duì)插補(bǔ)后的電壓彼此進(jìn)行比較，上述前置放大器，分別具有前置放大器增益調(diào)整電路，上述前置放大器增益調(diào)整電路，在自己的前置放大器的上述正極輸出端子與上述負(fù)極輸出端子的電位差即前置放大器正負(fù)輸出電位差，超過基準(zhǔn)電位時(shí)，減小自己的前置放大器的上述增益。
本發(fā)明的特征在于，在上述A/D變換器中，上述前置放大器增益調(diào)整電路，具有前置放大器正負(fù)輸出電位差-基準(zhǔn)電位比較器，其將上述前置放大器正負(fù)輸出電位差與基準(zhǔn)電位進(jìn)行比較，輸出前置放大器正負(fù)輸出電位差-基準(zhǔn)電位比較信號(hào)；以及子偏置電路，其產(chǎn)生偏置電壓，該偏置電壓提供給自己的前置放大器所具有的偏置電流源，上述子偏置電路，根據(jù)上述前置放大器正負(fù)輸出電位差-基準(zhǔn)電位比較信號(hào)，改變提供給自己的前置放大器的偏置電流源的偏置電壓，通過這樣改變上述偏置電流源的偏置電流，從而改變自己的前置放大器的增益。
本發(fā)明的特征在于，在上述A/D變換器中，上述前置放大器增益調(diào)整電路，具有前置放大器正負(fù)輸出電位差-基準(zhǔn)電位比較器，其將上述前置放大器正負(fù)輸出電位差與基準(zhǔn)電位進(jìn)行比較，并輸出前置放大器正負(fù)輸出電位差-基準(zhǔn)電位比較信號(hào)；以及，1個(gè)以上的可變電阻體，上述可變電阻體，具有兩個(gè)輸入輸出端子與電阻值控制端子，上述可變電阻體的上述輸入輸出端子的一方與上述前置放大器的正極輸出端子相連接，上述可變電阻體的上述輸入輸出端子的另一方與上述前置放大器的負(fù)極輸出端子相連接，上述可變電阻體的上述電阻值控制端子中，被輸入自己的前置放大器的正負(fù)輸出電位差-基準(zhǔn)電位比較信號(hào)，根據(jù)輸入至上述可變電阻體的上述電阻值控制端子的正負(fù)輸出電位差-基準(zhǔn)電位比較信號(hào)，改變上述可變電阻體的導(dǎo)通電阻，通過這樣，改變自己的前置放大器的增益。
本發(fā)明的特征在于，在上述A/D變換器中，上述可變電阻體，具有1個(gè)Nch型MOS晶體管；上述Nch型MOS晶體管，其源極端子或漏極端子與自己的前置放大器的正極輸出端子相連接，其漏極端子或源極端子與自己的前置放大器的負(fù)極輸出端子相連接，其柵極端子被輸入上述前置放大器正負(fù)輸出電位差-基準(zhǔn)電位比較信號(hào)，根據(jù)輸入至上述柵極端子的上述前置放大器正負(fù)輸出電位差-基準(zhǔn)電位比較信號(hào)，改變上述Nch型MOS晶體管的導(dǎo)通電阻，來改變自己的前置放大器的增益。
本發(fā)明的特征在于，在上述A/D變換器中，上述可變電阻體具有1個(gè)Pch型MOS晶體管，上述Pch型MOS晶體管，其源極端子或漏極端子與自己的前置放大器的正極輸出端子相連接，其漏極端子或源極端子與自己的前置放大器的負(fù)極輸出端子相連接，其柵極端子被輸入上述前置放大器正負(fù)輸出電位差-基準(zhǔn)電位比較信號(hào)，根據(jù)輸入至上述柵極端子的上述前置放大器正負(fù)輸出電位差-基準(zhǔn)電位比較信號(hào)，改變上述Pch型MOS晶體管的導(dǎo)通電阻，來改變自己的前置放大器的增益。
本發(fā)明的特征在于，在上述A/D變換器中，上述前置放大器增益調(diào)整電路，具有兩個(gè)Nch型MOS晶體管，上述兩個(gè)Nch型MOS晶體管中一方的Nch型MOS晶體管，其源極端子或漏極端子與自己的前置放大器的正極輸出端子相連接，其漏極端子或源極端子以及柵極端子，與自己的前置放大器的負(fù)極輸出端子相連接，上述兩個(gè)Nch型MOS晶體管中另一方的Nch型MOS晶體管，其源極端子或漏極端子與自己的前置放大器的負(fù)極輸出端子相連接，其漏極端子或源極端子以及柵極端子，與自己的前置放大器的正極輸出端子相連接，并變更自己的前置放大器的增益。
本發(fā)明的特征在于，在上述A/D變換器中，上述前置放大器增益調(diào)整電路，具有兩個(gè)Pch型MOS晶體管，上述兩個(gè)Pch型MOS晶體管中一方的Pch型MOS晶體管，其源極端子或漏極端子與自己的前置放大器的正極輸出端子相連接，其漏極端子或源極端子以及柵極端子，與自己的前置放大器的負(fù)極輸出端子相連接，上述兩個(gè)Pch型MOS晶體管中另一方的Pch型MOS晶體管，其源極端子或漏極端子與自己的前置放大器的負(fù)極輸出端子相連接，其漏極端子或源極端子以及柵極端子，與自己的前置放大器的正極輸出端子相連接，并變更自己的前置放大器的增益。
本發(fā)明的特征在于，在上述A/D變換器中，上述前置放大器增益調(diào)整電路，具有兩個(gè)Nch型MOS晶體管以及兩個(gè)Pch型MOS晶體管，上述兩個(gè)Nch型MOS晶體管中一方的Nch型MOS晶體管，其源極端子或漏極端子與自己的前置放大器的正極輸出端子相連接，其漏極端子或源極端子以及柵極端子，與自己的前置放大器的負(fù)極輸出端子相連接，上述兩個(gè)Nch型MOS晶體管中另一方的Nch型MOS晶體管，其源極端子或漏極端子與自己的前置放大器的負(fù)極輸出端子相連接，其漏極端子或源極端子以及柵極端子，與自己的前置放大器的正極輸出端子相連接，上述兩個(gè)Pch型MOS晶體管中一方的Pch型MOS晶體管，其源極端子或漏極端子與自己的前置放大器的正極輸出端子相連接，其漏極端子或源極端子以及柵極端子，與自己的前置放大器的負(fù)極輸出端子相連接，上述兩個(gè)Pch型MOS晶體管中另一方的Pch型MOS晶體管，其源極端子或漏極端子與自己的前置放大器的負(fù)極輸出端子相連接，其漏極端子或源極端子以及柵極端子，與自己的前置放大器的正極輸出端子相連接，并變更自己的前置放大器的增益。
根據(jù)以上，本發(fā)明中，在模擬輸入信號(hào)的頻率增高的情況下，一旦前置放大器列內(nèi)的前置放大器的正負(fù)輸出電位差超過了給定的基準(zhǔn)電位，前置放大器增益調(diào)整電路便減小該前置放大器的增益，因此緩和了前置放大器的輸出的畸變，從而抑制了A/D變換器的特性惡化。特別是，如果適當(dāng)設(shè)定基準(zhǔn)電位，就能夠讓前置放大器的輸出范圍收斂于比較器的輸入范圍的范圍內(nèi)，因此能夠進(jìn)一步抑制A/D變換器的特性惡化。
特別是，本發(fā)明中，在調(diào)整前置放大器的增益時(shí)，具體的動(dòng)作如下如果前置放大器的正負(fù)輸出電位差與基準(zhǔn)電位相比較大，便通過前置放大器正負(fù)輸出電位差-基準(zhǔn)電位比較信號(hào)，減小子偏置電路的偏置電流，減小提供給前置放大器的偏置電流源的偏置電壓，因此前置放大器中流通的偏置電流減小，使得前置放大器的增益減小。
另外，本發(fā)明中，在調(diào)整前置放大器的增益時(shí)，具體的動(dòng)作如下如果前置放大器的正負(fù)輸出電位差與基準(zhǔn)電位相比較大，便通過前置放大器正負(fù)輸出電位差-基準(zhǔn)電位比較信號(hào)，減小可變電阻體的電阻值，因此連接在該可變電阻體的兩端的前置放大器的正極輸出端子與負(fù)極輸出端子問的電位差減小，使得前置放大器的增益減小。
另外，本發(fā)明中，由于如果前置放大器的正極輸出端子與負(fù)極輸出端子間的正負(fù)輸出電位差，與連接在其之間的兩個(gè)Nch型或Pch型晶體管的閾值電壓相比較大，這些晶體管的電阻值便減小，因此前置放大器的正極輸出端子與負(fù)極輸出端子間的電位差減小，使得前置放大器的增益減小。
如上所述，通過本發(fā)明的A/D變換器，由于通過前置放大器增益調(diào)整電路進(jìn)行調(diào)整，使得前置放大器的增益不會(huì)過高，因此即使模擬輸入信號(hào)的頻率增高，也能夠緩和前置放大器的輸出的畸變，同時(shí)通過基準(zhǔn)電位的設(shè)定，使得前置放大器的輸出范圍收斂于比較器的輸入范圍內(nèi)，起到了能夠有效地抑制A/D變換器的特性惡化的效果。


圖1為表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的A/D變換器的圖。
圖2為表示該A/D變換器中所具有的子偏置電路之構(gòu)成的圖。
圖3為表示該A/D變換器中所具有的前置放大器之構(gòu)成的圖。
圖4(a)為表示該A/D變換器所具有的前置放大器的正負(fù)輸出電位差所對(duì)應(yīng)的前置放大器正負(fù)輸出電位差-基準(zhǔn)電位比較信號(hào)的特性的圖，圖(b)為表示前置放大器的正負(fù)輸出電位差所對(duì)應(yīng)的子偏置電路的旁通電流與前置放大器的偏置電壓電流的特性的圖，圖(c)為表示前置放大器的正負(fù)輸出電位差所對(duì)應(yīng)的前置放大器的增益的特性的圖，圖(d)為表示模擬輸入信號(hào)所對(duì)應(yīng)的前置放大器的正極輸出與負(fù)極輸出的特性的圖。
圖5為表示該A/D變換器的變形例的圖。
圖6為表示圖5中所示的A/D變換器所具有的前置放大器之構(gòu)成的圖。
圖7為表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式的A/D變換器的圖。
圖8為表示該A/D變換器中所具有的電阻值可變旁通電阻之構(gòu)成的圖。
圖9(a)為表示該A/D變換器所具有的前置放大器的正負(fù)輸出電位差所對(duì)應(yīng)的前置放大器正負(fù)輸出電位差-基準(zhǔn)電位比較信號(hào)的特性的圖，圖(b)為表示前置放大器的正負(fù)輸出電位差所對(duì)應(yīng)的電阻值可變旁通電阻的電導(dǎo)特性的圖，圖(c)為表示前置放大器的正負(fù)輸出電位差所對(duì)應(yīng)的前置放大器的增益的特性的圖，圖(d)為表示模擬輸入信號(hào)所對(duì)應(yīng)的前置放大器的正極輸出與負(fù)極輸出的特性的圖。
圖10為表示本發(fā)明的第3實(shí)施方式的A/D變換器之構(gòu)成的圖。
圖11為表示該A/D變換器的第1變形例的圖。
圖12為表示該A/D變換器的第2變形例的圖。
圖13(a)為表示前置放大器的正負(fù)輸出電位差所對(duì)應(yīng)的兩個(gè)Nch型MOS晶體管的電導(dǎo)特性的圖，圖(b)為表示前置放大器的正負(fù)輸出電位差所對(duì)應(yīng)的前置放大器的增益的特性的圖，圖(c)為表示模擬輸入信號(hào)所對(duì)應(yīng)的前置放大器的正極輸出與負(fù)極輸出的特性的圖。
圖14為表示以前的A/D變換器之構(gòu)成的圖。
圖中101-參考電壓電阻列，102-前置放大器，103-前置放大器列，104-比較器，105-比較器列，106-前置放大器正負(fù)輸出電位差-基準(zhǔn)電位比較器，108-子偏置電路，109-前置放大器增益調(diào)整電路，Mnb-Nch型晶體管(偏置電流源)，rbypass-電阻值可變旁通電阻(可變電阻體)。
具體實(shí)施例方式
下面，根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。
(實(shí)施方式1)首先對(duì)本發(fā)明的第1實(shí)施方式的A/D變換器之構(gòu)成進(jìn)行說明。這里，對(duì)前置放大器列中第n個(gè)前置放大器的構(gòu)成進(jìn)行說明。
圖1中示出了本發(fā)明的第1實(shí)施方式的A/D變換器的全體構(gòu)成。參考電壓電阻列101，連接在最小與最大參考電壓VB與VT之間。模擬輸入信號(hào)vin以及參考電壓電阻列101所產(chǎn)生的1個(gè)參考電壓Vrefn與前置放大器102相連接。前置放大器列103，包括被輸入上述模擬輸入信號(hào)vin以及各個(gè)不同的參考電壓的前置放大器群。本實(shí)施方式中，各個(gè)前置放大器102，具有1個(gè)模擬輸入信號(hào)與1個(gè)參考電壓這兩個(gè)輸入，并具有正極輸出端子vop與負(fù)極輸出端子von這兩個(gè)輸出端子。這里，設(shè)正極輸出vop與負(fù)極輸出von的電位差、也即前置放大器102的正負(fù)輸出電位差為vo。
上述前置放大器102的兩個(gè)正極輸出端子vop與負(fù)極輸出端子von，與1個(gè)以上的比較器104所構(gòu)成的比較器列105相連接。上述比較器104，對(duì)相鄰的兩個(gè)以上的前置放大器102的正極輸出端子與負(fù)極輸出端子的輸出電壓進(jìn)行插補(bǔ)，并對(duì)插補(bǔ)的輸出電壓彼此進(jìn)行比較。另外，前置放大器102的正極輸出端子vop與負(fù)極輸出端子von，被與兩個(gè)基準(zhǔn)電位Vrp與Vrn一起，輸入至前置放大器正負(fù)輸出電位差-基準(zhǔn)電位比較器106。這里，設(shè)基準(zhǔn)電位Vrp與Vrn的電位差為Vr。
上述前置放大器正負(fù)輸出電位差-基準(zhǔn)電位比較器的輸出即前置放大器正負(fù)輸出電位差-基準(zhǔn)電位比較信號(hào)，被輸入給子偏置(bias)電路108。該子偏置電路108的輸出vbiasn，被作為各個(gè)前置放大器102的偏置電壓vbiasn提供。前置放大器增益調(diào)整電路109，由上述前置放大器正負(fù)輸出電位差-基準(zhǔn)電位比較器106與子偏置電路108構(gòu)成。另外，前置放大器正負(fù)輸出電位差-基準(zhǔn)電位比較器106，也能夠由一般的差動(dòng)信號(hào)比較器構(gòu)成，因此這里省略詳細(xì)的電路結(jié)構(gòu)。
圖2中示出了本實(shí)施方式的A/D變換器中所使用的子偏置電路108。流通基準(zhǔn)電流Ib的電流源Ib的電流吸入側(cè)的端子，被輸入電源AVDD，電流吐出側(cè)的端子被輸入子偏置電路108的輸出vbiasn。流通旁通(bypass)電流ibypass的Nch型MOS晶體管Mnby的柵極端子，被輸入作為子偏置電路108的輸入而提供的前置放大器正負(fù)輸出電位差-基準(zhǔn)電位比較信號(hào)，漏極端子被輸入上述子偏置電路108的輸出vbiasn，源極端子被輸入基準(zhǔn)電壓VSS。流通偏置電流ibn的Nch型MOS晶體管Mnbb的柵極端子與漏極端子，被輸入上述子偏置電路108的輸出，源極端子被輸入基準(zhǔn)電壓VSS。偏置電流ibn，是從基準(zhǔn)電流Ib減去旁通電流ibypass之后得到的電流值(ibn＝Ib-ibypass)。
圖3中示出了本實(shí)施方式的A/D變換器所具有的前置放大器102。流通偏置電流Ipb1的Pch型MOS晶體管Mpb1a與Mpg1b的柵極端子，雙方均分別與前置放大器102的動(dòng)作點(diǎn)調(diào)整用偏置電壓Vbp1相連接，源極端子雙方分別均與電源AVDD相連接，漏極端子分別均與節(jié)點(diǎn)A以及B相連接。作為本前置放大器102的輸入晶體管、分別流通電流inia與inib的Nch型晶體管Mnia與Mnib的柵極端子，分別被輸入作為本前置放大器102的輸入而提供的模擬輸入信號(hào)vin與參考電壓Vrefn，源極端子雙方均分別與節(jié)點(diǎn)X相連接，漏極端子分別與節(jié)點(diǎn)A與B相連接。本前置放大器102的輸入晶體管Mnia與Mnib中，分別流通電流inia與inib，該電流inia與inib的合成電流ibn，從Nch型晶體管(偏置電流源)Mnb流出。該Nch型晶體管Mnb中，其柵極端子被輸入作為來自上述子偏置電路108的輸出的偏置電壓vbiasn，其漏極端子與節(jié)點(diǎn)X相連接，其源極端子接地并被加載基準(zhǔn)電壓VSS。流通輸出負(fù)載電流iLn與iLp的Pch型MOS晶體管Mpb2a與Mpb2b的柵極端子，雙方均分別被輸入本前置放大器102的動(dòng)作點(diǎn)調(diào)整用偏置電壓Vbp2，源極端子分別與節(jié)點(diǎn)A和B相連接，漏極端子分別與本前置放大器102的負(fù)極輸出端子von和正極輸出端子vop相連接。作為輸出負(fù)載電阻、分別流通輸出負(fù)載電流iLn與iLp的電阻RLn與Rlp，各自的一端分別與負(fù)極輸出端子von以及正極輸出端子vop相連接，各自的另一端雙方均與基準(zhǔn)電位VSS相連接。
以上是本發(fā)明的實(shí)施方式的A/D變換器的構(gòu)成。
接下來，對(duì)本A/D變換器的動(dòng)作進(jìn)行說明。這里對(duì)前置放大器列103中與第n個(gè)前置放大器102相關(guān)的動(dòng)作進(jìn)行說明。
圖4(a)為前置放大器102的正負(fù)輸出電位差vo所對(duì)應(yīng)的前置放大器正負(fù)輸出電位差-基準(zhǔn)電位比較信號(hào)的特性，示出了前置放大器正負(fù)輸出電位差一基準(zhǔn)電位比較器106的輸入輸出特性。也即，示出了一旦前置放大器102的正負(fù)輸出電位差vo超過了基準(zhǔn)電位Vrp與Vrn的電位差Vr，前置放大器正負(fù)輸出電位差-基準(zhǔn)電位比較信號(hào)便向正方向增加。
圖4(b)為前置放大器102的正負(fù)輸出電位差vo所對(duì)應(yīng)的圖2中所示的子偏置電路108的旁通電流ibypass與偏置電流ibn的特性。也即，一旦前置放大器102的正負(fù)輸出電位差vo超過了基準(zhǔn)電位Vrp與Vrn的電位差Vr，前置放大器正負(fù)輸出電位差-基準(zhǔn)電位比較信號(hào)便向正方向增加，通過這樣，圖2的Nch型MOS晶體管Mnby的柵極-源極電壓增加，作為Mnby的漏極-源極電流的ibypass增加。另外，Mnbb的漏極-源極電流ibn，明顯是Ib-ibypass，表示出一旦前置放大器102的正負(fù)輸出電位差vo超過了基準(zhǔn)電位Vrp與Vrn的電位差Vr，前置放大器正負(fù)輸出電位差一基準(zhǔn)電位比較信號(hào)便向正方向增加，通過這樣，ibn減小ibypass所增加的部分。通過這樣，一旦前置放大器102的正負(fù)輸出電位差vo超過了基準(zhǔn)電位Vrp與Vrn的電位差Vr，前置放大器正負(fù)輸出電位差-基準(zhǔn)電位比較信號(hào)便向正方向增加，從而使得作為子偏置電路108的輸出的偏置電壓vbiasn減小。
圖4(c)中示出了前置放大器102的正負(fù)輸出電位差vo所對(duì)應(yīng)的圖3中所示的前置放大器102的增益Gn的特性。子偏置電路108的Nch型晶體管Mnbb與前置放大器102的Nch型晶體管Mnb，構(gòu)成電流反射鏡電路，在模擬輸入信號(hào)vin等于參考電壓Vrefn時(shí)，子偏置電路109的旁通電流ibypass≈0，從而為子偏置電路109的偏置電流ibn≈Ib，偏置電流被電流反射鏡映射(mapping)，使得前置放大器102的偏置電流ibn≈Ib。另外，這里兩個(gè)晶體管Mnbb與Mnb的大小相等，反射比為1，但本實(shí)施方式的效果與發(fā)射比的值無關(guān)。另外，此時(shí)inia＝inib＝ibn/2＝Ib/2。若設(shè)晶體管Mnia與Mnib各自的跨導(dǎo)為gma與gmb，且兩者相等為gm，則此時(shí)的前置放大器102的增益Gn為，Gn＝gm·RL(gm＝gma＝gmb＝√(βIb)，RL＝RLp＝RLn，且β為Mnia與Mnib的大小、移動(dòng)度等晶體管特性所決定的常數(shù))另外，此時(shí)的前置放大器102的正極輸出vop與負(fù)極輸出von，為vop＝von＝iL·RL＝(Ipb1-Ib/2)·RL(iL＝iLp＝iLn，RL＝RLp＝RLn)這里，設(shè)模擬輸入信號(hào)vin增加。伴隨著模擬輸入信號(hào)vin的增加，前置放大器102的正負(fù)輸出電位差vo逐漸增加。然而，一旦前置放大器102的正負(fù)輸出電位差vo超過了基準(zhǔn)電位Vrp與Vm的電位差Vr，前置放大器正負(fù)輸出電位差-基準(zhǔn)電位比較信號(hào)便向正方向增加，通過這樣，如前所述，子偏置電路108的偏置電流ibn減小，所輸出的偏置電壓vbiasn也變?yōu)檩^小的值。隨之，前置放大器102中，Nch型晶體管(偏置電流源)Mnb中流通的偏置電流ibn也減小。在前置放大器102的正負(fù)輸出電位差vo超過了基準(zhǔn)電位Vrp與Vrn的電位差Vr時(shí)，產(chǎn)生前置放大器102的輸入晶體管Mnia、Mnib中流通的電流inia與inib的不平衡，前置放大器102的增益Gn，與vin＝Vrefn時(shí)相比已經(jīng)減小，但通過前置放大器102的偏置電流ibn的減小，晶體管Mina、Minb的增益減小，因此很明顯向著前置放大器102的增益Gn減小的方向起作用。也即，通過前置放大器102的正負(fù)輸出電位差vo超過了基準(zhǔn)電位Vrp與Vrn的電位差Vr，前置放大器正負(fù)輸出電位差-基準(zhǔn)電位比較信號(hào)向正方向增加，使得前置放大器102的增益Gn減小。
圖4(d)中對(duì)前述進(jìn)行綜合，示出了沒有前置放大器增益調(diào)整電路109時(shí)的模擬輸入信號(hào)vin所對(duì)應(yīng)的前置放大器102的正極輸出vop(虛線)與負(fù)極輸出von(虛線)，以及有前置放大器增益調(diào)整電路109時(shí)的模擬輸入信號(hào)vin所對(duì)應(yīng)的前置放大器102的正極輸出vop’(實(shí)線)與負(fù)極輸出von’(實(shí)線)。也即，通過前置放大器增益調(diào)整電路109的動(dòng)作，隨著模擬輸入信號(hào)vin的增加，前置放大器102的正負(fù)輸出電位差vo也增加，在前置放大器102的正負(fù)輸出電位差vo超過了基準(zhǔn)電位差Vr時(shí)，相對(duì)虛線所示的正極輸出vop與負(fù)極輸出von，如實(shí)線所示的正極輸出vop’與負(fù)極輸出von’所示，對(duì)前置放大器102的增益加以限制，使得正極輸出vop與負(fù)極輸出von不會(huì)增加。通過基準(zhǔn)電位Vrp與Vrn的電位差Vr的設(shè)定，還可以設(shè)計(jì)為使得正極輸出vop與負(fù)極輸出von不會(huì)超過比較器的輸入范圍。
以上是本實(shí)施方式的A/D變換器的動(dòng)作。
本實(shí)施方式中，具有前置放大器列103與比較器列104的A/D變換器中，具有前置放大器增益調(diào)整電路109，通過這樣，由前置放大器增益調(diào)整電路109的動(dòng)作，在各個(gè)前置放大器102的正負(fù)輸出電位差vo超過了基準(zhǔn)電位差Vr時(shí)，減小各個(gè)前置放大器102的增益Gn，限制前置放大器102的正負(fù)輸出電位差vo。其結(jié)果是，緩和了前置放大器102的輸出的畸變。另外，通過基準(zhǔn)電位的設(shè)定，能夠防止前置放大器102的輸出范圍超過比較器的輸入范圍。
并且，在特性中非常重要的前置放大器102的正極輸出vop與負(fù)極輸出的交叉點(diǎn)附近的前置放大器增益Gn，也即前置放大器102的正負(fù)輸出電位差vo在基準(zhǔn)電位Vrp、Vrn間的電位差Vr以內(nèi)的范圍內(nèi)的前置放大器增益，與沒有設(shè)置前置放大器增益調(diào)整電路109的構(gòu)成的A/D變換器相等，對(duì)于A/D變換器的特性來說沒有產(chǎn)生任何特性惡化的要因。
其結(jié)果是，與以前的A/D變換器相比，即使輸入信號(hào)頻率增高，也能夠防止A/D變換器的特性惡化。
另外，本實(shí)施方式中，A/D變換器中所使用的參考電壓的產(chǎn)生方法，和前置放大器102、子偏置電路108、以及比較器104中，并不被其形態(tài)所左右，除了上述實(shí)施方式，只要不脫離本發(fā)明的要點(diǎn)，當(dāng)然可以采用其他各種構(gòu)成。
例如，圖1所示的A/D變換器中，輸入給前置放大器102的模擬輸入信號(hào)Vin以及參考信號(hào)Vrefn分別是1個(gè)信號(hào)，但前置放大器102的構(gòu)成并不僅限于此，除此之外例如還可以采用將具有互補(bǔ)關(guān)系的兩個(gè)模擬輸入信號(hào)Vinn、Vinp所構(gòu)成的差動(dòng)模擬輸入信號(hào)，以及具有互補(bǔ)關(guān)系的兩個(gè)參考信號(hào)Vrefn、Vregp所構(gòu)成的差動(dòng)參考信號(hào)作為輸入的前置放大器。這種情況下的A/D變換器的全體構(gòu)成如圖5所示。另外，圖6中示出了將該差動(dòng)模擬輸入信號(hào)與差動(dòng)參考信號(hào)作為輸入的前置放大器的內(nèi)部構(gòu)成例。圖中所示的前置放大器102’中，接收差動(dòng)模擬輸入信號(hào)的一方的模擬輸入信號(hào)Vrefn、與差動(dòng)參考信號(hào)的一方的差動(dòng)信號(hào)Vinn的Nch型晶體管Mnian、Mnibn，共同與Nch型晶體管(偏置電流源)Mnbn相連接，接收差動(dòng)模擬輸入信號(hào)的另一方的模擬輸入信號(hào)Vrefp、與差動(dòng)參考信號(hào)的另一方的差動(dòng)信號(hào)Vinp的Nch型晶體管Mniap、Mnibp，共同與另一Nch型晶體管(偏置電流源)Mnbp相連接。上述兩個(gè)偏置電流源Mnbn、Mnbp的各柵極端子，共同被輸入作為子偏置電路108的輸出的偏置電壓vbiasn。由于圖6中所示的前置放大器102’的動(dòng)作，與圖3中所示的前置放大器102的動(dòng)作相同，因此省略其說明。
另外，雖然圖1中，比較器104對(duì)相鄰的兩個(gè)以上的前置放大器102的輸出電壓進(jìn)行插補(bǔ)，并對(duì)插補(bǔ)后的輸出電壓彼此進(jìn)行比較，但也可以采用將前置放大器102的輸出與比較參考電壓進(jìn)行比較的構(gòu)成。
(實(shí)施方式2)首先對(duì)本發(fā)明的第2實(shí)施方式的A/D變換器之構(gòu)成進(jìn)行說明。這里，對(duì)前置放大器列中與第n個(gè)前置放大器相關(guān)的構(gòu)成進(jìn)行說明。
圖7中示出了本實(shí)施方式的A/D變換器的構(gòu)成。參考電壓電阻列501，連接在最小與最大參考電壓VB與VT之間。模擬輸入信號(hào)vin以及參考電壓電阻列501所產(chǎn)生的1個(gè)參考電壓即Vrefn，被與前置放大器502相連接。前置放大器列503，包括模擬輸入信號(hào)vin以及各個(gè)不同的參考電壓所連接的前置放大器群。本實(shí)施方式中，各個(gè)前置放大器502，具有1個(gè)模擬輸入信號(hào)與1個(gè)參考電壓這兩個(gè)輸入，并具有正極輸出端子vop與負(fù)極輸出端子von這兩個(gè)輸出端子。這里，設(shè)正極輸出vop與負(fù)極輸出von的電位差、也即前置放大器502的正負(fù)輸出電位差為vo。
上述前置放大器502的兩個(gè)正極輸出端子vop與負(fù)極輸出端子von，與1個(gè)以上的比較器504所構(gòu)成的比較器列505相連接。另外，前置放大器502的正極輸出端子vop與負(fù)極輸出端子von，被與兩個(gè)基準(zhǔn)電位Vrp與Vrn一起，輸入至前置放大器正負(fù)輸出電位差-基準(zhǔn)電位比較器506。這里，設(shè)兩個(gè)基準(zhǔn)電位Vrp與Vrn的電位差為Vr。作為前置放大器正負(fù)輸出電位差-基準(zhǔn)電位比較器506的輸出的前置放大器正負(fù)輸出電位差-基準(zhǔn)電位比較信號(hào)507，被輸入至連接在前置放大器502的正極輸出端子vop與負(fù)極輸出端子von間的電阻值可變旁通電阻(可變電阻體)rbypass的電阻值控制端子。前置放大器增益調(diào)整電路509，由前置放大器正負(fù)輸出電位差-基準(zhǔn)電位比較器506與電阻值可變旁通電阻rbypass構(gòu)成。另外，前置放大器正負(fù)輸出電位差-基準(zhǔn)電位比較器506，能夠由一般的差動(dòng)信號(hào)比較器構(gòu)成，因此這里省略詳細(xì)的電路結(jié)構(gòu)。
圖8(a)中示出了本A/D變換器中所使用的電阻值可變旁通電阻rbypass。該旁通電阻rbypass，具有兩個(gè)輸入輸出端子va與vb以及電阻值控制端子601，電阻值控制端子601將用來變化旁通電阻rbypass的電阻值的控制信號(hào)即電阻值控制信號(hào)作為輸入。圖8(b)中示出了本A/D變換器中所使用的電阻值可變旁通電阻rbypass的更加具體的構(gòu)成。電阻值可變旁通電阻rbypass，由Nch型MOS晶體管Mnrby構(gòu)成。這種情況下，電阻值可變旁通電阻rbypass與Nch型MOS晶體管Mnrby的導(dǎo)通電阻等價(jià)，為通過晶體管Mnrby的柵極端子的電壓變動(dòng)，使得晶體管Mnrby的導(dǎo)通電阻進(jìn)行變動(dòng)，實(shí)現(xiàn)可變電阻的構(gòu)成。晶體管Mnrby的漏極端子與源極端子，與兩個(gè)輸入輸出端子va以及vb相連接，柵極端子，與被輸入用來變化旁通電阻rbypass的電阻值的控制信號(hào)即前置放大器正負(fù)輸出電位差-基準(zhǔn)電位比較信號(hào)的電阻值控制端子601相連接。
以上是本A/D變換器的構(gòu)成。
接下來，對(duì)本A/D變換器的動(dòng)作進(jìn)行說明。這里，對(duì)與前置放大器列503中第n個(gè)前置放大器502相關(guān)的動(dòng)作進(jìn)行說明。
圖9(a)為前置放大器502的正負(fù)輸出電位差vo所對(duì)應(yīng)的前置放大器正負(fù)輸出電位差-基準(zhǔn)電位比較信號(hào)的特性，示出了前置放大器正負(fù)輸出電位差-基準(zhǔn)電位比較器506的輸入輸出特性。也即，示出了一旦前置放大器502的正負(fù)輸出電位差vo超過了基準(zhǔn)電位Vrp與Vrn的電位差Vr，前置放大器正負(fù)輸出電位差-基準(zhǔn)電位比較信號(hào)便向正方向增加。
圖9(b)為前置放大器502的正負(fù)輸出電位差vo所對(duì)應(yīng)的圖8中所示的電阻值可變旁通電阻rbypass的電導(dǎo)、即1/rbypass的特性。也即，示出了前置放大器502的正負(fù)輸出電位差vo超過了基準(zhǔn)電位Vrp與Vrn的電位差Vr，前置放大器正負(fù)輸出電位差-基準(zhǔn)電位比較信號(hào)便向正方向增加，通過這樣，電導(dǎo)1/rbypass增加。以圖8(b)的電阻值可變旁通電阻Nnrby為例，在前置放大器502的正負(fù)輸出電位差vo向正方向增加，也即vb＞va的狀態(tài)下，一旦前置放大器502的正負(fù)輸出電位差vo超過了基準(zhǔn)電位Vrp與Vrn的電位差Vr，輸入至電阻值可變旁通電阻Mnrby的電阻值控制端子601的前置放大器正負(fù)輸出電位差-基準(zhǔn)電位比較信號(hào)便向正方向增加，晶體管Mnrby的柵極-源極間電壓增加，通過這樣，晶體管Mnrby的電導(dǎo)、即1/rbypass增加，這一點(diǎn)非常明確。
圖9(c)中示出了前置放大器502的正負(fù)輸出電位差vo所對(duì)應(yīng)的圖3中所示的前置放大器502的增益Gn的特性。設(shè)模擬輸入信號(hào)vin增加。伴隨著模擬輸入信號(hào)vin的增加，前置放大器502的正負(fù)輸出電位差vo逐漸增加。通過前置放大器502的正負(fù)輸出電位差vo超過了基準(zhǔn)電位Vrp與Vrn的電位差Vr，前置放大器正負(fù)輸出電位差-基準(zhǔn)電位比較信號(hào)向正方向增加，如前所述，電阻值可變旁通電阻rbypass的電導(dǎo)1/rbypass增加，隨之，向正極輸出vop與負(fù)極輸出von的電位差vo減小的方向作用。通過這樣，很明顯向前置放大器502的增益Gn減小的方向作用。通過這樣，通過前置放大器502的正負(fù)輸出電位差vo超過基準(zhǔn)電位Vrp與Vrn的電位差Vr，前置放大器正負(fù)輸出電位差-基準(zhǔn)電位比較信號(hào)向正方向增加，前置放大器502的增益Gn減小。
圖9(d)中對(duì)前述進(jìn)行綜合，示出了沒有前置放大器增益調(diào)整電路509時(shí)的模擬輸入信號(hào)vin所對(duì)應(yīng)的前置放大器502的正極輸出vop(虛線)與負(fù)極輸出von(虛線)，以及有前置放大器增益調(diào)整電路509時(shí)的模擬輸入信號(hào)vin所對(duì)應(yīng)的前置放大器502的正極輸出vop’(實(shí)線)與負(fù)極輸出von’(實(shí)線)。也即，通過前置放大器增益調(diào)整電路509的動(dòng)作，隨著模擬輸入信號(hào)vin的增加，前置放大器502的正負(fù)輸出電位差vo增加，在前置放大器502的正負(fù)輸出電位差vo超過基準(zhǔn)電位差Vr時(shí)，相對(duì)虛線所示的正極輸出vop與負(fù)極輸出von，如實(shí)線所示的正極輸出vop’與負(fù)極輸出von’所示，對(duì)前置放大器502的增益加以限制，使得正極輸出vop與負(fù)極輸出von不會(huì)增加。通過基準(zhǔn)電位Vrp與Vrn的電位差Vr的設(shè)定，可以設(shè)計(jì)為使得正極輸出vop與負(fù)極輸出von不會(huì)超過比較器504的輸入范圍。
以上是本A/D變換器的動(dòng)作。
本實(shí)施方式中，具有前置放大器列503與比較器列505的A/D變換器中，通過具有前置放大器增益調(diào)整電路509，由前置放大器增益調(diào)整電路509的動(dòng)作，在各個(gè)前置放大器502的正負(fù)輸出電位差vo超過了基準(zhǔn)電位差Vr時(shí)，減小各個(gè)前置放大器502的增益Gn，限制前置放大器502的正負(fù)輸出電位差vo。其結(jié)果是，緩和了前置放大器502的輸出的畸變。另外，通過基準(zhǔn)電位的設(shè)定，能夠防止前置放大器502的輸出范圍超過比較器的輸入范圍。
并且，在特性中非常重要的前置放大器502的正極輸出vop與負(fù)極輸出的交叉點(diǎn)附近的前置放大器增益Gn，與沒有設(shè)置前置放大器增益調(diào)整電路509的構(gòu)成的A/D變換器相等，對(duì)于A/D變換器的特性來說沒有產(chǎn)生任何特性惡化的要因。
其結(jié)果是，與以前的A/D變換器相比，即使輸入信號(hào)頻率增高，也能夠防止A/D變換器的特性惡化。
另外，本實(shí)施方式中，A/D變換器中所使用的參考電壓的產(chǎn)生方法并未作任何限定，在前置放大器502、前置放大器增益調(diào)整電路509、以及比較器507中，并不被其形態(tài)所左右，除了上述實(shí)施方式，只要不脫離本發(fā)明的要點(diǎn)，可以采用其他各種構(gòu)成。
另外，雖然本實(shí)施方式中，圖8(a)所示的電阻值可變旁通電阻rbypass，如該圖(b)所示由Nch型MOS晶體管Mnrby構(gòu)成，但也可以如該圖(c)所示由Pch型MOS晶體管Mprby構(gòu)成等，只要是通過任何電阻值控制信號(hào)來變化電阻值的可變電阻，就當(dāng)然能夠得到同樣的效果。
(實(shí)施方式3)接下來，對(duì)本發(fā)明的第3實(shí)施方式的A/D變換器之構(gòu)成進(jìn)行說明。這里，對(duì)與前置放大器列803中第n個(gè)前置放大器802相關(guān)的構(gòu)成進(jìn)行說明。
圖10中示出了本實(shí)施方式的A/D變換器的構(gòu)成。參考電壓電阻列801，連接在最小與最大參考電壓VB與VT之間。模擬輸入信號(hào)vin以及參考電壓電阻列801所產(chǎn)生的1個(gè)參考電壓Vrefn，與前置放大器802相連接。前置放大器列803，包括與模擬輸入信號(hào)vin以及各個(gè)不同的參考電壓相連接的前置放大器群。本實(shí)施方式中，各個(gè)前置放大器802，具有1個(gè)模擬輸入信號(hào)與1個(gè)參考電壓這兩個(gè)輸入，并具有正極輸出端子vop與負(fù)極輸出端子von這兩個(gè)輸出端子。這里，設(shè)正極輸出vop與負(fù)極輸出von的電位差、即前置放大器802的正負(fù)輸出電位差為vo。
前置放大器802的兩個(gè)正極輸出端子vop與負(fù)極輸出端子von，與1個(gè)以上的比較器804所構(gòu)成的比較器列805相連接。另外，兩個(gè)Nch型MOS晶體管Mn1與Mn2各自的源極端子，與前置放大器802的負(fù)極輸出端子von以及正極輸出端子vop相連接，各自的漏極端子及柵極端子，與前置放大器802的正極輸出端子vop以及負(fù)極輸出端子von相連接。前置放大器增益調(diào)整電路807，由具有相等的電特性的兩個(gè)Nch型MOS晶體管Mn1與Mn2構(gòu)成。
以上是本A/D變換器的構(gòu)成。
接下來，對(duì)本A/D變換器的動(dòng)作進(jìn)行說明。這里，對(duì)與前置放大器列803中第n個(gè)前置放大器802相關(guān)的動(dòng)作進(jìn)行說明。
圖13(a)為前置放大器802的正負(fù)輸出電位差vo所對(duì)應(yīng)的圖10中所示的兩個(gè)Nch型MOS晶體管Mn1與Mn2的電導(dǎo)、即1/rMn1與1/rMn2的特性。這里，晶體管Mn1與Mn2的導(dǎo)通電阻，分別被設(shè)為晶體管rMn1與rMn2的電阻，晶體管Mn1與晶體管Mn2的閾值電壓分別設(shè)為相等，為VtMn。也即，示出了前置放大器802的正負(fù)輸出電位差vo增加，超過了晶體管Mn1的閾值電壓+VtMn，通過這樣，晶體管Mn1的電導(dǎo)1/rMn1增加。另外，示出了前置放大器802的正負(fù)輸出電位差vo減小，降低到晶體管Mn2的閾值電壓-VtMn以下，通過這樣，晶體管Mn2的電導(dǎo)1/rMn2增加。這一點(diǎn)，根據(jù)Nch型晶體管的特性是非常明確的。
圖13(b)中，示出了前置放大器802的正負(fù)輸出電位差vo所對(duì)應(yīng)的圖3中所示的前置放大器802的增益Gn的特性。設(shè)模擬輸入信號(hào)vin增加。伴隨著模擬輸入信號(hào)vin的增加，前置放大器802的正負(fù)輸出電位差vo逐漸增加。然而，通過前置放大器802的正負(fù)輸出電位差vo超過了晶體管Mn1的閾值電壓+VtMn，如前所述，晶體管Mn1的電導(dǎo)1/rMn1增加，隨之，向著前置放大器802的正極輸出vop與負(fù)極輸出von的電位差vo減小的方向作用。另外，設(shè)模擬輸入信號(hào)vin減小。伴隨著模擬輸入信號(hào)vin的減小，前置放大器802的正負(fù)輸出電位差vo向負(fù)方向不斷減小。然而，通過前置放大器802的正負(fù)輸出電位差vo低于晶體管Mn2的閾值電壓-VtMn，如前所述，晶體管Mn2的電導(dǎo)1/rMn2增加，隨之，向著前置放大器802的正極輸出vop與負(fù)極輸出von的電位差vo減小的方向作用。也即，通過前置放大器802的正負(fù)輸出電位差vo超過晶體管Mn1與Mn2的閾值電壓+/-VtMn，使得前置放大器802的增益Gn減小。
圖13(c)中對(duì)前述進(jìn)行綜合，示出了沒有前置放大器增益調(diào)整電路807時(shí)的模擬輸入信號(hào)vin所對(duì)應(yīng)的前置放大器802的正極輸出vop(虛線)與負(fù)極輸出von(虛線)，以及有前置放大器增益調(diào)整電路807時(shí)的模擬輸入信號(hào)vin所對(duì)應(yīng)的前置放大器802的正極輸出vop’(實(shí)線)與負(fù)極輸出von’(實(shí)線)。也即，通過前置放大器增益調(diào)整電路807的動(dòng)作，隨著模擬輸入信號(hào)vin的增加，前置放大器802的正負(fù)輸出電位差vo增加，在前置放大器802的正負(fù)輸出電位差vo超過了晶體管Mn1與Mn2的閾值電壓+/-VtMn時(shí)，相對(duì)虛線所示前置放大器802的正極輸出vop與負(fù)極輸出von，如實(shí)線所示的正極輸出vop’與負(fù)極輸出von’所示，對(duì)前置放大器802的增益加以限制，使得前置放大器802的正極輸出vop與負(fù)極輸出von不會(huì)增加。
以上是本實(shí)施方式的A/D變換器的動(dòng)作。
本實(shí)施方式中，具有前置放大器列803與比較器列805的A/D變換器中，通過具有前置放大器增益調(diào)整電路807，通過前置放大器增益調(diào)整電路807的動(dòng)作，在各個(gè)前置放大器802的正負(fù)輸出電位差vo大于晶體管Mn1與Mn2的閾值電壓+VtMn時(shí)，或小于晶體管Mn1與Mn2的閾值電壓-VtMn時(shí)，各個(gè)前置放大器802的增益Gn減小，限制前置放大器802的正負(fù)輸出電位差vo。其結(jié)果是，緩和了前置放大器802的輸出的畸變。另外，通過晶體管Mn1與Mn2的閾值電壓VtMn的選擇，能夠防止前置放大器802的輸出范圍超過比較器804的輸入范圍。
并且，在特性中非常重要的前置放大器802的正極輸出vop與負(fù)極輸出的交叉點(diǎn)附近的前置放大器802的增益Gn，與沒有設(shè)置前置放大器增益調(diào)整電路807的構(gòu)成的A/D變換器相等，對(duì)于A/D變換器的特性來說沒有產(chǎn)生任何特性惡化的要因。
其結(jié)果是，與以前的A/D變換器相比，即使輸入信號(hào)頻率增高，也能夠防止A/D變換器的特性惡化。
另外，本實(shí)施方式中，A/D變換器中所使用的參考電壓的產(chǎn)生方法沒有作出限制，前置放大器802、前置放大器增益調(diào)整電路807、以及比較器804，并不被其形態(tài)所左右，除上述實(shí)施方式外，只要不脫離本發(fā)明的要點(diǎn)，可以采用其他各種構(gòu)成。
例如，本實(shí)施方式中，前置放大器增益調(diào)整電路807如圖10所示，由兩個(gè)Nch型MOS晶體管Mn1與Mn2構(gòu)成，但此外也可以如圖11所示，由具有相等的電特性的兩個(gè)Pch型MOS晶體管Mp1與Mp2構(gòu)成，或?qū)D10與圖11組合起來，如圖12所示，由具有相等的電特性的兩個(gè)Nch型MOS晶體管Mn1與Mn2，以及兩個(gè)Pch型MOS晶體管Mp1與Mp2構(gòu)成，這樣也能夠得到同樣的效果。
如上所述，本發(fā)明在具有前置放大器列與比較器列的A/D變換器中，具有前置放大器增益調(diào)整電路，與以前的A/D變換器相比，即使輸入信號(hào)的頻率增高，也能夠防止A/D變換器的特性惡化，因此能夠應(yīng)用于需要A/D變換器的高速動(dòng)作/高輸入帶域的通信領(lǐng)域，或信息介質(zhì)讀出部的前端部(front end)。
權(quán)利要求
1.一種A/D變換器，包括具有1個(gè)以上的前置放大器的前置放大器列、及具有1個(gè)以上的比較器的比較器列，其中上述前置放大器列的前置放大器，被輸入?yún)⒖茧妷夯虿顒?dòng)參考電壓、以及模擬輸入信號(hào)或差動(dòng)模擬輸入信號(hào)，同時(shí)具有正極輸出端子與負(fù)極輸出端子，上述前置放大器，具有如下功能將上述參考電壓與上述模擬輸入信號(hào)的電位差、或上述差動(dòng)參考電壓間的電位差與上述差動(dòng)模擬輸入信號(hào)間的電位差之間的電位差放大增益倍，并將該放大增益倍后的電位差作為差動(dòng)輸出從上述正極輸出端子以及上述負(fù)極輸出端子輸出，上述各個(gè)前置放大器的上述正極輸出端子與上述負(fù)極輸出端子，與上述比較器的比較器相連接，上述比較器，具有如下功能對(duì)上述前置放大器的輸出與比較參考電壓進(jìn)行比較，或?qū)ο噜彽膬蓚€(gè)以上的上述前置放大器的上述正極輸出端子與上述負(fù)極輸出端子的輸出電壓進(jìn)行插補(bǔ)，并對(duì)插補(bǔ)后的電壓彼此進(jìn)行比較，上述前置放大器，分別具有前置放大器增益調(diào)整電路，上述前置放大器增益調(diào)整電路，在自己的前置放大器的上述正極輸出端子與上述負(fù)極輸出端子的電位差即前置放大器正負(fù)輸出電位差，超過基準(zhǔn)電位時(shí)，減小自己的前置放大器的上述增益。
2.如權(quán)利要求1所述的A/D變換器，其特征在于上述前置放大器增益調(diào)整電路，具有前置放大器正負(fù)輸出電位差-基準(zhǔn)電位比較器，其將上述前置放大器正負(fù)輸出電位差與基準(zhǔn)電位進(jìn)行比較，輸出前置放大器正負(fù)輸出電位差-基準(zhǔn)電位比較信號(hào)；以及子偏置電路，其產(chǎn)生偏置電壓，該偏置電壓提供給自己的前置放大器所具有的偏置電流源，上述子偏置電路，根據(jù)上述前置放大器正負(fù)輸出電位差-基準(zhǔn)電位比較信號(hào)，改變提供給自己的前置放大器的偏置電流源的偏置電壓，通過這樣改變上述偏置電流源的偏置電流，從而改變自己的前置放大器的增益。
3.如權(quán)利要求1所述的A/D變換器，其特征在于上述前置放大器增益調(diào)整電路，具有前置放大器正負(fù)輸出電位差-基準(zhǔn)電位比較器，其將上述前置放大器正負(fù)輸出電位差與基準(zhǔn)電位進(jìn)行比較，并輸出前置放大器正負(fù)輸出電位差-基準(zhǔn)電位比較信號(hào)；以及，
1個(gè)以上的可變電阻體，上述可變電阻體，具有兩個(gè)輸入輸出端子與電阻值控制端子，上述可變電阻體的上述輸入輸出端子的一方與上述前置放大器的正極輸出端子相連接，上述可變電阻體的上述輸入輸出端子的另一方與上述前置放大器的負(fù)極輸出端子相連接，上述可變電阻體的上述電阻值控制端子中，被輸入自己的前置放大器的正負(fù)輸出電位差-基準(zhǔn)電位比較信號(hào)，根據(jù)輸入至上述可變電阻體的上述電阻值控制端子的正負(fù)輸出電位差-基準(zhǔn)電位比較信號(hào)，改變上述可變電阻體的導(dǎo)通電阻，通過這樣，改變自己的前置放大器的增益。
4.如權(quán)利要求3所述的A/D變換器，其特征在于上述可變電阻體，具有1個(gè)Nch型MOS晶體管，上述Nch型MOS晶體管，其源極端子或漏極端子與自己的前置放大器的正極輸出端子相連接，其漏極端子或源極端子與自己的前置放大器的負(fù)極輸出端子相連接，其柵極端子被輸入上述前置放大器正負(fù)輸出電位差-基準(zhǔn)電位比較信號(hào)，根據(jù)輸入至上述柵極端子的上述前置放大器正負(fù)輸出電位差-基準(zhǔn)電位比較信號(hào)，改變上述Nch型MOS晶體管的導(dǎo)通電阻，來改變自己的前置放大器的增益。
5.如權(quán)利要求3所述的A/D變換器，其特征在于上述可變電阻體具有1個(gè)Pch型MOS晶體管，上述Pch型MOS晶體管，其源極端子或漏極端子與自己的前置放大器的正極輸出端子相連接，其漏極端子或源極端子與自己的前置放大器的負(fù)極輸出端子相連接，其柵極端子被輸入上述前置放大器正負(fù)輸出電位差-基準(zhǔn)電位比較信號(hào)，根據(jù)輸入至上述柵極端子的上述前置放大器正負(fù)輸出電位差-基準(zhǔn)電位比較信號(hào)，改變上述Pch型MOS晶體管的導(dǎo)通電阻，來改變自己的前置放大器的增益。
6.如權(quán)利要求1所述的A/D變換器，其特征在于上述前置放大器增益調(diào)整電路，具有兩個(gè)Nch型MOS晶體管，上述兩個(gè)Nch型MOS晶體管中一方的Nch型MOS晶體管，其源極端子或漏極端子與自己的前置放大器的正極輸出端子相連接，其漏極端子或源極端子以及柵極端子，與自己的前置放大器的負(fù)極輸出端子相連接，上述兩個(gè)Nch型MOS晶體管中另一方的Nch型MOS晶體管，其源極端子或漏極端子與自己的前置放大器的負(fù)極輸出端子相連接，其漏極端子或源極端子以及柵極端子，與自己的前置放大器的正極輸出端子相連接，并變更自己的前置放大器的增益。
7.如權(quán)利要求1所述的A/D變換器，其特征在于上述前置放大器增益調(diào)整電路，具有兩個(gè)Pch型MOS晶體管，上述兩個(gè)Pch型MOS晶體管中一方的Pch型MOS晶體管，其源極端子或漏極端子與自己的前置放大器的正極輸出端子相連接，其漏極端子或源極端子以及柵極端子，與自己的前置放大器的負(fù)極輸出端子相連接，上述兩個(gè)Pch型MOS晶體管中另一方的Pch型MOS晶體管，其源極端子或漏極端子與自己的前置放大器的負(fù)極輸出端子相連接，其漏極端子或源極端子以及柵極端子，與自己的前置放大器的正極輸出端子相連接，并變更自己的前置放大器的增益。
8.如權(quán)利要求1所述的A/D變換器，其特征在于上述前置放大器增益調(diào)整電路，具有兩個(gè)Nch型MOS晶體管以及兩個(gè)Pch型MOS晶體管，上述兩個(gè)Nch型MOS晶體管中一方的Nch型MOS晶體管，其源極端子或漏極端子與自己的前置放大器的正極輸出端子相連接，其漏極端子或源極端子以及柵極端子，與自己的前置放大器的負(fù)極輸出端子相連接，上述兩個(gè)Nch型MOS晶體管中另一方的Nch型MOS晶體管，其源極端子或漏極端子與自己的前置放大器的負(fù)極輸出端子相連接，其漏極端子或源極端子以及柵極端子，與自己的前置放大器的正極輸出端子相連接，上述兩個(gè)Pch型MOS晶體管中一方的Pch型MOS晶體管，其源極端子或漏極端子與自己的前置放大器的正極輸出端子相連接，其漏極端子或源極端子以及柵極端子，與自己的前置放大器的負(fù)極輸出端子相連接，上述兩個(gè)Pch型MOS晶體管中另一方的Pch型MOS晶體管，其源極端子或漏極端子與自己的前置放大器的負(fù)極輸出端子相連接，其漏極端子或源極端子以及柵極端子，與自己的前置放大器的正極輸出端子相連接，并變更自己的前置放大器的增益。
全文摘要
A/D變換器中，各個(gè)前置放大器(102)中具有前置放大器增益調(diào)整電路(109)。該前置放大器增益調(diào)整電路(109)，只在前置放大器(102)的正負(fù)輸出電位差超過了基準(zhǔn)電位時(shí)，抑制前置放大器(102)的增益，限制前置放大器的正負(fù)輸出電位差。因此，在A/D變換器的輸入信號(hào)的頻率較高的情況下，即使因制作過程偏差或溫度變動(dòng)、電源電壓變動(dòng)等導(dǎo)致前置放大器的增益升高，也不易發(fā)生前置放大器的輸出畸變，從而抑制了A/D變換器的特性惡化。
文檔編號(hào)H03F1/32GK101032079SQ200680000359
公開日2007年9月5日 申請(qǐng)日期2006年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月10日
發(fā)明者中順一, 須志原公治 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社