專利名稱：模一數(shù)變換電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有多級管道或(分級快速)結(jié)構(gòu)的模一數(shù)變換電路。
背景技術(shù)：
近年來隨著視頻信號的數(shù)字處理技術(shù)的進(jìn)展，增大了對視頻信號處理應(yīng)用的模一數(shù)變換電路(A/D變換器)的需要。視頻信號處理用的模一數(shù)變換電路中由于要求高速變換動作，以往廣泛采用2級快速(2級并聯(lián))方式。
然而，隨著變換位數(shù)的增大，用2級快速方式得不到充分高的變換精度，因此開發(fā)了具有多級管道(分級快速)結(jié)構(gòu)的模一數(shù)變換電路(例如特開平11-88172號公極)。
圖12示出以往的模一數(shù)變換電路的結(jié)構(gòu)框圖。圖12的模一數(shù)變換電路101具有10位4級管道結(jié)構(gòu)。
圖12中的模一數(shù)變換電路101由采樣保持電路102、第1～第4級電路103～106、多個(gè)鎖存電路107以及輸電路108所構(gòu)成。
第1級(初級)電路103包括子A/D變換器109、D/A變換器110、運(yùn)算放大器111a、減法電路112以及運(yùn)算放大器113。減法電路112及運(yùn)算放大器113構(gòu)成差分放大器114。第2級及第3級電路104、105包括子A/D變換器109、D/A變換器110、運(yùn)算放大器111、減法電路112以及運(yùn)算放大器113。第1級～第3級電路103～105中，減法電路112及運(yùn)算放大器113構(gòu)成差分放大器。
如后面所述，第1級電路103內(nèi)的運(yùn)算放大器111a的增益為1，作為采樣保持電路動作。第1級電路103內(nèi)的運(yùn)算放大器113以及第2級、第3級電路104、105內(nèi)的運(yùn)算放大器111、113的增益為2。第4級(末級)電路106只包括子A/D變換器109。
第1級電路103是4位結(jié)構(gòu)，第2～4級電路104～106分別是2位結(jié)構(gòu)。第1～3級電路103～105中相同地設(shè)定子A/D變換器109及D/A變換器110的位數(shù)(位結(jié)構(gòu))。
以下，說明圖12為模一數(shù)變換電路101的動作。采樣保持電路102對模擬輸入信號Vin進(jìn)行采樣并保持一定時(shí)間。采樣保持電路102輸出的模擬輸入信號Vin轉(zhuǎn)送到第1級電路103。
第1級電路103中，子A/D變換器109對模擬輸入信號Vin進(jìn)行A/D變換。作為子A/D變換器109的A/D變換結(jié)果的上位4位的數(shù)字輸出(29、28、27、26)轉(zhuǎn)送到D/A變換器110，并通過4個(gè)鎖存電路7轉(zhuǎn)送到輸出電路108。D/A變換器110將子A/D變換器109的A/D變換結(jié)果即上位4位的數(shù)字輸出變換為模擬信號。
另一方面，運(yùn)算放大器111a對模擬輸入信號Vin進(jìn)行采樣并保持一定時(shí)間。減法電路112將運(yùn)算放大器111a輸出的模擬輸入信號Vin與D/A變換器110的D/A變換結(jié)果進(jìn)行相減計(jì)算。運(yùn)算放大器113對減法電路的輸出進(jìn)行放大。運(yùn)算放大器113的輸出轉(zhuǎn)送到第2級電路104。
在第2級電路104中，對第1級電路103的運(yùn)算放大器113輸出進(jìn)行A/D變換。子A/D變換器109的A/D變換結(jié)果轉(zhuǎn)送到D/A變換器110，并通過3個(gè)鎖存電路7轉(zhuǎn)送到輸出電路108。這樣得到來自第2級電路104的中上位2位的數(shù)字輸出(25、24)。
另一方面，運(yùn)算放大器111對第1級電路103的運(yùn)算放大器113的輸出進(jìn)行放大。減法電路112對運(yùn)算放大器111的輸出與D/A變換器110的D/A變換結(jié)果進(jìn)行相減計(jì)算。運(yùn)算放大器113對減法電路112的輸出進(jìn)行放大。運(yùn)算放大器113的輸出轉(zhuǎn)送到第3級電路105。
在第3級電路105中。對第2級電路103的運(yùn)算放大器113的輸出進(jìn)行與第2級電路104相同的動作。這樣從第3級電路105得到中下位2位數(shù)字輸出(23、22)。
在第4級電路106中，A/D變換器109對第3級電路105的運(yùn)算放大器113的輸出進(jìn)行A/D變換，得到下位2位的數(shù)字操作(21、20)。
第1級～4級電路103～106的數(shù)字輸出經(jīng)過積各鎖存電路107同時(shí)到達(dá)輸出電路108。也就是說，各鎖存電路107為提取各電路103～106的數(shù)字輸出的同步而設(shè)。
輸出電路108必要時(shí)校正處理后并聯(lián)輸出與模擬輸入信號Vin對應(yīng)的10位數(shù)字輸出Dout。
這樣，在具有多級管理道式結(jié)構(gòu)的模擬——數(shù)字變換電路中，利用管道處理及在各級的放大功能，可實(shí)現(xiàn)高速的通過量(變換頻率)及高精度(高分辨力)。因此，以幾MHZ～100MHZ的變換頻率動作的高精度具高速的8～12位結(jié)構(gòu)的模一數(shù)變換電路廣泛地用于數(shù)字視頻信號處理、數(shù)字通信處理等用途中。
然而，在具有上述多級管理道式結(jié)構(gòu)的模一數(shù)變換電路中，面積效率不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供能省面積化的模一數(shù)變換電路。
按照本發(fā)明的一個(gè)方面的模一數(shù)變換電器，包括有第1及第2節(jié)點(diǎn)的第一電路，將輸入的模擬信號及第2節(jié)點(diǎn)的第1電路，將輸入的模擬信號之一選擇性提供到第1節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)換器，控制轉(zhuǎn)換器的控制裝置，第1電路包括將來自第1節(jié)點(diǎn)的模擬信號變換為數(shù)字信號的第一模一數(shù)變換器，將第1模一數(shù)變換器輸出的數(shù)字信號變換成模擬信號的第1數(shù)一模變換器，將來自第1節(jié)點(diǎn)的模擬信號與第1數(shù)模變換器輸出的模擬信號的差分進(jìn)行放大并輸出到第2節(jié)點(diǎn)的第1差分放大器，控制裝置控制轉(zhuǎn)換器使在輸入的模擬信號提供到第1節(jié)點(diǎn)之后，第1模一數(shù)變換器的變換動作、第1數(shù)一數(shù)模變換器的變換動作以及第1差分放大器的放大動作被執(zhí)行規(guī)定的循環(huán)次數(shù)。
本發(fā)明的模一數(shù)變換電路中，輸入的模擬信號被提供到第1節(jié)點(diǎn)后，在第1電路中，第1模一數(shù)變換器的變換動作、第1數(shù)一模變換器的變換動作以及第1差分放大器的放大動作被執(zhí)行規(guī)定的循環(huán)次數(shù)。這樣，每次循環(huán)以前第1電路內(nèi)的第1模一數(shù)變換器依次輸出數(shù)字信號。
這樣一來，通過反復(fù)使用第1電路實(shí)現(xiàn)與多級管道結(jié)構(gòu)同樣的處理。從而實(shí)現(xiàn)省面積化。
此外，通過利用轉(zhuǎn)換器的控制來變更第1電路進(jìn)行的循環(huán)次數(shù)，可容易地變更位分辨力。從而用同一硬件結(jié)構(gòu)容易地實(shí)現(xiàn)有不同的位分辨力的模一數(shù)變換電路。
第1電路也可以進(jìn)一步包括放大第1節(jié)點(diǎn)的模擬信號并提供驗(yàn)第1差分放大器的第1運(yùn)算放大器。
這種情況下，由于第1電路內(nèi)設(shè)置第1運(yùn)算放大器及第1差分放大器，故能降低每1級放大器的環(huán)路參數(shù)，并降低每1級放大器的負(fù)荷容量。這樣，各放大器的臨界工作頻率變高。結(jié)果不但提高各放大器的性能，而且可保持高的變換動作并提高變換速度。
此外，在第1電路的各循環(huán)中，可以并行地進(jìn)行第1運(yùn)算放大器的放大動作及第1模一數(shù)變換器的變換動作與第1差分放大器的放大動作及第1數(shù)一模變變換器的變換動作。這樣，在各循環(huán)的第1運(yùn)算放大器的放大動作、第1模一數(shù)變換器的變換動作，第1數(shù)一模變換器的變換動作以及第1差分放大器的放大動作的時(shí)序得以緩和。
模一數(shù)變換電路也可以通過轉(zhuǎn)換器包括設(shè)置于第1電路的前級至少1級的第2電路包括將輸入的模擬信號變換為數(shù)字信號的第2模一數(shù)變換器，將從第2模一數(shù)變換器輸出的數(shù)字信號變換為模擬信號的第2數(shù)一模變換器，將輸入的模擬信號與第2數(shù)一模變換器輸出的模擬信號的差分進(jìn)行放大并通過轉(zhuǎn)換器輸出到第1電路的第2差分放大器。
這種情況下，模擬信號輸入第2電路，第2模一數(shù)變換器的變換動作、第2數(shù)一模變換器的變換動作以及第2差分放大器的放大動作被實(shí)行。從第2差分放大器輸出的模擬信號通過轉(zhuǎn)換器輸入到第1電路，第1電路中，第1模一數(shù)變換器的變換動作、第1數(shù)一模變換器的變換動作以及第1差分放大器的放大動作被進(jìn)行規(guī)定的循環(huán)次數(shù)。這樣，從第2電路內(nèi)的第2模一數(shù)變換器輸出數(shù)字信號，在每個(gè)循環(huán)從第1電路內(nèi)的第1模數(shù)變換器依次輸出數(shù)字信號。
這樣，利用第2電路及第1電路的并列動作實(shí)現(xiàn)多級管道或結(jié)構(gòu)。
第2電路也可進(jìn)一步包括放大輸入的模擬信號并提供到第2差分放大器的第2運(yùn)算放大器。
這種情況下，由于第2電路內(nèi)設(shè)置第2運(yùn)算放大器及第2差分放大器，故能降低每人級放大器的環(huán)路參數(shù)，并降低每1級放大器的負(fù)荷容量。這樣，各放大器的監(jiān)界工作頻率變高。結(jié)果不但提高各放大器的性能，而且可保持高的變換動作并提高變換速度。
此外，在第2電路中，可以并行地進(jìn)行第2運(yùn)算放大器的放大動作及第2模一數(shù)變換器的變換動作與第2差分放大器的放大動作及第2數(shù)一模變換器的變換動作。這樣，在第2電路中，第2運(yùn)算放大器的放大動作、第2模一數(shù)變換器的變換動作、第2數(shù)一模變換器的變換動作以及第2差分放大器的放大動作的時(shí)序得以緩和。
控制裝置也可包括發(fā)生時(shí)鐘信號及控制信號的信號發(fā)生器，第1電路的第1模數(shù)變換器、第1數(shù)一模變換器以及第1差分放大器響應(yīng)于信號發(fā)生器發(fā)生的時(shí)鐘信號進(jìn)行動作，轉(zhuǎn)換器響應(yīng)于信號發(fā)生器發(fā)生的控制信號，轉(zhuǎn)換將輸入的模擬信號提供給第1節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)與將第2節(jié)點(diǎn)的模擬信號提供給第1節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)。
這種情況下，響應(yīng)于時(shí)鐘信號，第1電路的第1模一數(shù)變換器、第1數(shù)一模變換器以及第1差分放大器的動作被實(shí)行，響應(yīng)于控制信號，轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成將輸入的模擬信號提供給第1節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)。這樣，第1電路中，第1模數(shù)變換器的變換動作、第1數(shù)一模變換器的變換動作以及第1差分放大器的放大動作被進(jìn)行規(guī)定的循環(huán)次數(shù)，實(shí)現(xiàn)為多級管道結(jié)構(gòu)。
控制信號具有第1頻率，時(shí)鐘信號具有第1頻率的整數(shù)倍的第2頻率也可以。
控制裝置也可進(jìn)一步包括變更信號發(fā)生器發(fā)生的時(shí)鐘信號頻率的變更裝置。
這種情況下，通過利用變更裝置變更時(shí)鐘信號頻率，能容易地變更第1電路實(shí)行的循環(huán)次數(shù)。這樣，能容易地變更位分辨力。
信號發(fā)生器包括有公頻器的相位同步環(huán)路，變更裝置包括設(shè)空相位同步環(huán)路的分頻器的分頻比的分頻比設(shè)安裝置也可以。
這種情況下，通過利用分頻比設(shè)定裝置設(shè)定相位同步環(huán)路的分頻器的分頻比，可容易地變更時(shí)鐘信號的頻率，變更位分辨力。
控制裝置也可包括發(fā)生第1及第2時(shí)鐘信號及控制信號的信號發(fā)生器。第1電路的第1模一數(shù)變換器、第1數(shù)一模變換器以及第1差分放大器響應(yīng)于信號發(fā)生器發(fā)生的第1時(shí)鐘信號進(jìn)行動作，第2電路的第2模一數(shù)變換器、第2數(shù)模變換器以及第2差分放大器響應(yīng)于信號發(fā)生器發(fā)生的第2時(shí)鐘信號進(jìn)行動作，轉(zhuǎn)換器響應(yīng)于信號發(fā)生器發(fā)生的控制信號，轉(zhuǎn)換將第1電路的第1差分放大器輸出的模擬信號提供給第1節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)、與將第2節(jié)點(diǎn)的模擬信號提供給第1節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)。
這種情況下，響應(yīng)于第1時(shí)鐘信號，第1電路的第1模一數(shù)變換器，第1數(shù)一模變換器以及第1差分放大器的動作被實(shí)行，響應(yīng)于第2時(shí)鐘信號，第2電路的第2模一數(shù)變換器，第2數(shù)一模變換器以及第2差分放大器的動作被實(shí)行，響應(yīng)于控制信號，轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成將第1電路的第1差分放大器輸出的模擬信號提供給第1節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)，與將第2節(jié)點(diǎn)的模擬信號提供給第1節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)。與將第2節(jié)點(diǎn)的模擬信號提供給第1節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)。這樣，在第2電路中，第2模一數(shù)變換器的變換動作、第2數(shù)一模變換器的變換動作以及第2差分放大器的放大動作并行地被實(shí)行，第1電路中，第1模一數(shù)變換器的變換動作、第1數(shù)一模變換器的變換動作以及第1差分放大器的放大動作進(jìn)行規(guī)定的循環(huán)次數(shù)，實(shí)現(xiàn)多級管道結(jié)構(gòu)。
控制信號具有第1頻率，第1時(shí)鐘信號具有第1頻率的整數(shù)倍的第2頻率，第2時(shí)鐘信號具有第1頻率也可以。
控制裝置也可進(jìn)一步包括變更信號發(fā)生器發(fā)生的第1時(shí)鐘信號的頻率的變更裝置。
這種情況下，通過利用變更裝置變更第1時(shí)鐘信號頻率，可容易地變更第1電路實(shí)行的循環(huán)次數(shù)。這樣，可容易地變更位分辨力。
信號發(fā)生器包括具有分頻器的相位同步環(huán)路，變更裝置包括設(shè)定所述相位同步環(huán)路的分頻器的分頻比的分頻比設(shè)定裝置也可以。
這種情況下，通過利用分頻比設(shè)定裝置設(shè)定相位同步環(huán)路的分頻器的分頻比，可容易地變更第1時(shí)鐘信號的頻率，變更位分辨力。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面的模一數(shù)變換方法，包括下述步驟將第1模擬信號變換成第1數(shù)字信號的步驟，將所述第1數(shù)字信號變換成第2模擬信號的步驟，將所述第1模擬信號與所述第2模擬信號的差分進(jìn)行放大并生成第3模擬信號的步驟，將所述第3模擬信號變換成第2數(shù)字信號的步驟，將所述第2數(shù)字信號變換成第4模擬信號的步驟，將所述第3模擬信號與所述第4模擬信號的差分進(jìn)行放大并生成第5模擬信號的步驟；用共用的模一數(shù)變換器，進(jìn)行變換所述第1模擬信號的步驟和變換所述第3模擬信號的步驟，用共用的模一數(shù)變換器，進(jìn)行變換所述第1數(shù)字信號的步驟和變換所述第2數(shù)字信號的步驟，用共用的模一數(shù)變換器，進(jìn)行放大所述第1模擬信號與所述第2模擬信號的差分的步驟和放大所述第3模擬信號與所述第4模擬信號的差分的步驟。


圖1示出本發(fā)明的一實(shí)施形態(tài)的模一數(shù)變換電路結(jié)構(gòu)的框圖。
圖2為用來說明圖1的模一數(shù)變換電路的動作的定時(shí)圖。
圖3為示出本發(fā)明的另一實(shí)施形態(tài)的模數(shù)變換電路結(jié)構(gòu)的框圖。
圖4為用來說明圖3的模一數(shù)變換電路的動作的定時(shí)圖。
圖5示出圖1及圖3的模一數(shù)變換電路的信號發(fā)生器的主要部的結(jié)構(gòu)框圖。
圖6為圖1的模一數(shù)變換電路的差分放大器的電路圖。
圖7為用來說明圖6的差分放大器的動作的定時(shí)圖。
圖8示出圖1的模一數(shù)變換電路的子A/D變換器的結(jié)構(gòu)電路圖。
圖9為用于圖8的子A/D變換器的差動型電壓比較器的電路圖。
圖10為用于說明圖9的電壓比較器的動作的定時(shí)圖。
圖11為圖1的模一數(shù)變換電路的子A/D變換器及D/A變換器的電路圖。
圖12為以往的模一數(shù)變換電路的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出本發(fā)明一實(shí)施形態(tài)的模一數(shù)變換電路結(jié)構(gòu)的框圖。
圖1的模一數(shù)變換電路100包括第1級電路ST1第2級電路ST2、開關(guān)SW1、SW2以及信號發(fā)生器30。
第1級電路ST1包括運(yùn)算放大器1、子A/D變換器7、D/A變換器8、減法電路5以及運(yùn)算放大器2。減法電路及運(yùn)算放大器2構(gòu)成差分放大器。第2級電路ST2包括運(yùn)算放大器3、子A/D變換器9、D/A變換器10、減法電路6以及運(yùn)算放大器4。減法電路6及運(yùn)算放大器4構(gòu)成差分放大器。
第1級電路ST1內(nèi)的運(yùn)算放大器1、2及第2級電路內(nèi)的運(yùn)算放大器3、4的增益分別為2。運(yùn)算放大器1時(shí)增益也可以為1。第1級電路ST1的子A/D變換器7是4位結(jié)構(gòu)，第2級電路ST2的子A/D9是(2位+冗余1位)結(jié)構(gòu)。以下不考慮冗余位地進(jìn)行說明。
信號發(fā)生器30發(fā)生時(shí)鐘信號CLK1、CLK3以及控制控制信號SW。時(shí)鐘信號CLK1的頻率為FS，時(shí)鐘信號CLK3的頻率為CLK1的3倍即3FS?？刂菩盘朣W的頻率與時(shí)鐘信號CLK1的頻率FS相等。
第1級電路ST1內(nèi)的運(yùn)算放大器1、子A/D變換器7，D/A變換器8發(fā)及運(yùn)算放大器2響應(yīng)于時(shí)鐘信號CLK1進(jìn)行動作。第2級電路ST2內(nèi)的運(yùn)算放大器3、子A/D變換器9、D/A變換器10以及運(yùn)算放大器4響應(yīng)于時(shí)鐘信號CLK3進(jìn)行動作。開關(guān)SW1、SW2響應(yīng)于控制信號SW相應(yīng)于通/斷。
模擬信號Vin提供到輸入端子In上。后者將模擬信號Vin輸入到第1級電路ST1內(nèi)的運(yùn)算放大器1及子A/D變換器7。后者對模擬信號Vin進(jìn)行A/D變換，并輸出A/D變換結(jié)果的4位的數(shù)字信號，同時(shí)將它提供給D/A變換器8。后者對子A/D變換器7提供的4位的數(shù)字信號進(jìn)行D/A變換，并輸出模擬信號VDA。
另一方面，運(yùn)算放大器1對輸入端子In的模擬信號Vin進(jìn)行采樣、放大并輸出。減法電路5對運(yùn)算放大器1輸出的模擬信號Vin與D/A變換器8輸出的模擬信號VDA進(jìn)行相減運(yùn)算。運(yùn)算放大器2對減法電路5的輸出信號進(jìn)行放大并輸出模擬信號Vout，當(dāng)開關(guān)SW1開通時(shí)，Vout提供給第2級電路ST2的輸入節(jié)點(diǎn)NI。
輸入節(jié)點(diǎn)NI的模擬信號輸入到第2級電路ST2內(nèi)的運(yùn)算放大器3及子A/D變換器9。后者對模擬信號進(jìn)行A/D變換，并輸出A/D變換結(jié)果的2位的數(shù)字信號，同時(shí)將它提供給D/A變換器10。后者對子A/D變換器9提供的2位數(shù)字信號進(jìn)行D/A變換，并輸出模擬信號。
另一方面，運(yùn)算放大器3對輸入節(jié)點(diǎn)NI的模擬信號進(jìn)行采樣，放大并輸出。減法電路6對運(yùn)算放大器3輸出的模擬信號與D/A變換器10輸出的模擬信號進(jìn)行相減運(yùn)算。運(yùn)算放大器4對減法電路6的輸出信號進(jìn)行放大并輸出模擬信號。當(dāng)開關(guān)SW2開通時(shí)，運(yùn)算放大器4輸出的模擬信號提供給輸入節(jié)點(diǎn)NI。
本實(shí)施形態(tài)中，第2級電路ST2相當(dāng)于第1電路，第1級電路ST1相當(dāng)于第2電路。開關(guān)SW1、SW2相當(dāng)于轉(zhuǎn)換器，信號發(fā)生器30相當(dāng)于控制裝置。又，子A/D變換器9相當(dāng)于第1模一數(shù)變換器，D/A變換器10相當(dāng)于第1運(yùn)算放大器，差分放大器4a相當(dāng)于第1差分放大器。又，子A/D變換器7相當(dāng)于第2模一數(shù)變換器，D/A變換器8相當(dāng)于第2數(shù)一模變換器，運(yùn)算放大器1相當(dāng)于第2運(yùn)算放大器，差分放大器2a相當(dāng)于第2差分放大器。
以下參照圖2說明圖1的模一數(shù)變換電路100的整體動作。圖2為用來說明圖1的模一數(shù)變換電路100的動作的時(shí)序圖。
圖2中，AMP表示放大動作，AZ表示自動零(Auto Zero)，SMP表示采樣動作。這是，所謂自動零動作是指使運(yùn)算放大器的一對輸入端子間的電位差為0的動作。
在期間T1-T5，控制信號SW成低電平。由此，開關(guān)SW1關(guān)斷、開關(guān)SW2開通。
首先，在期間T1～T3，時(shí)鐘信號CLK1為高電平。這樣，第1級電路ST1內(nèi)的運(yùn)算放大器1進(jìn)行放大動作，子A/D變換器7進(jìn)行A/D變換動作。這時(shí)，子A/D變換器7輸出上位4位的數(shù)字信號D9-D6。這時(shí)，運(yùn)算放大器2進(jìn)行自動零動作及采樣動作。又，D/A變換器8的輸出為不定。
其次，在期間T4～T6，時(shí)鐘信號CLK1為低電平。這樣，第1級電路ST1內(nèi)的運(yùn)算放大器1進(jìn)行自動零動作及采樣動作，子A/D變換器7進(jìn)行自動零動作及采樣動作。這時(shí)，運(yùn)算放大器2進(jìn)行放大動作，D/A變換器8進(jìn)行D/A變換動作。從D/A變換器8輸出的模擬信號確定。
在期間T6～T7，控制信號SW2關(guān)斷。因而，從第1級電路ST1內(nèi)的運(yùn)算放大器2輸出的模擬信號通過開關(guān)SW1提供給第2級電路ST2的輸入節(jié)點(diǎn)NI。
接著說明第2級電路ST2的動作。首先在期間T6，時(shí)鐘信號CLK3為高電平。這樣，第2級電路ST2內(nèi)的運(yùn)算放大器3進(jìn)行自動零動作及采樣動作，子A/D變換器9進(jìn)行自動零動作采樣動作。這時(shí)，運(yùn)算放大器4進(jìn)行放大動作，D/A變換器10進(jìn)行D/A變換動作。
其次，在期間T7，時(shí)鐘信號CLK3為低電平。這樣，第2級電路ST2內(nèi)的運(yùn)算放大器3進(jìn)行放大動作，子A/D變換器9進(jìn)行A/D變換動作。這時(shí)，子A/D變換器9輸出中上位2位的數(shù)字信號D5、D4。此時(shí)，運(yùn)算放大器4進(jìn)行自動零動作及采樣動作，D/A變換器10的輸出為不定。
在期間T8～T11，控制信號SW為低電平。這樣，開關(guān)SW1關(guān)斷，開關(guān)SW2開通。結(jié)果，第2級電路ST2內(nèi)的運(yùn)算放大器4輸出在輸出節(jié)點(diǎn)NO的模擬信號通過開關(guān)SW2提供給輸入節(jié)點(diǎn)NI。
首先在期間T8，時(shí)鐘信號CLK3為高電平。這樣，第2級電路ST2內(nèi)的運(yùn)算放大器3進(jìn)行自動零動作及采樣動作，子A/D變換器9進(jìn)行自動零及采樣動作。這時(shí)，運(yùn)算放大器4進(jìn)行放大動作，D/A變換器10進(jìn)行D/A變換動作。這樣，運(yùn)算放大器4輸出到輸出節(jié)點(diǎn)的模擬信號通過開關(guān)SW2提供給輸入節(jié)點(diǎn)NI。
其次在期間T9，時(shí)鐘信號CLK3為低電平。這樣，第2級電路ST2內(nèi)的運(yùn)算放大器3進(jìn)行放大動作，子A/D變換器9進(jìn)行A/D變換動作。這時(shí)從A/D變換器9輸出中下位2位的數(shù)字信號D3、D2。此時(shí)，運(yùn)算放大器4進(jìn)行自動零動作及采樣動作，D/A變換器10的輸出為不定。
再次在期間T10，時(shí)鐘信號CLK3為高電平。這樣，第2級電路ST2內(nèi)的運(yùn)算放大器3進(jìn)行自動零動作及采樣動作，子A/D變換器9進(jìn)行自動零動作及采樣動作。這時(shí)，運(yùn)算放大器4進(jìn)行放大動作，D/A變換器10進(jìn)行D/A變換動作。這樣，運(yùn)算放大器4輸出在輸出節(jié)點(diǎn)NO的模擬信號通過開關(guān)SW2提供給輸入節(jié)點(diǎn)NI。
接著在期間T11，時(shí)鐘信號CLK3成為低電平。這樣，第2級電路ST2內(nèi)的運(yùn)算放大器3進(jìn)行放大動作，子A/D變換器9進(jìn)行A/D變換動作。這時(shí)，從子A/D變換器9輸出下位2位的數(shù)字信號D1、D0。此時(shí)，運(yùn)算放大器4進(jìn)行自動零動作及采樣動作，D/A變換器10的輸出為不定。
如上所述，本實(shí)施形態(tài)的模一數(shù)變換電路100中，從第1級電路ST1輸出上位4位的數(shù)字信號D9-D6，從第2級電路ST2依次輸出中上位2位的數(shù)字信號D5、D4，中下位2位的數(shù)字信號D3、D2，以及下位2位的數(shù)字信號D1、D0。這樣，利用2級電路ST1、ST2實(shí)現(xiàn)10位4級管道結(jié)構(gòu)。從而實(shí)現(xiàn)了省面積化的目的。
圖3示出本發(fā)明的另一實(shí)施形態(tài)的模一數(shù)變換電路的結(jié)構(gòu)框圖。
圖3的模一數(shù)變換電路100a，包括電路ST0、開關(guān)SW1、SW2以及信號發(fā)生器30。
電路ST0包括運(yùn)算放大器11、子A/D變換器14、D/A變換器15，減法電路13以及運(yùn)算放大器12。減法電路及運(yùn)算放大器12構(gòu)成差分電路。
電路ST0內(nèi)的運(yùn)算放大器11、12的增益分別為4。電路ST0的子A/D變換器14是4位結(jié)構(gòu)。
信號發(fā)生器30發(fā)生時(shí)鐘信號CLK1、CLK3及控制信號SW。時(shí)鐘信號CLK1的頻率是FS，時(shí)鐘信號CLK3的頻率是時(shí)鐘信號CLK1的頻率FS的3倍即3FS?？刂菩盘朣W的頻率與時(shí)鐘信號CLK1的頻率FS相等。
電路ST0內(nèi)的運(yùn)算放大器11、子A/D變換器14、D/A變換器15以及運(yùn)算放大器12響應(yīng)于時(shí)鐘信號CLK3進(jìn)行動作。開關(guān)SW1、SW2響應(yīng)于控制信號SW進(jìn)行相應(yīng)的開通/關(guān)斷。
模擬信號Vin提供到輸入端子In。輸入端子In的模擬信號Vin當(dāng)開關(guān)SW1開通時(shí)輸入到ST0內(nèi)的運(yùn)算放大器11及子A/D變換器14。后者對模擬信號Vin進(jìn)行A/D變換，輸出變換結(jié)果4位的數(shù)字信號，同時(shí)將它提供給D/A變換器15。后者對其進(jìn)行D/A變換，輸出模擬信號。
另一方面，運(yùn)算放大器11對輸入節(jié)點(diǎn)NI的模擬信號采樣及放大并輸出。減法電路13對運(yùn)算放大器11輸出的模擬信號與D/A變換器15輸出的模擬信號進(jìn)行相減運(yùn)算。運(yùn)算放大器12對減法電路13的輸出信號放大并輸出模擬信號。運(yùn)算放大器12輸出的模擬信號在開關(guān)SW2開通時(shí)提供到輸入節(jié)點(diǎn)NI。
本實(shí)施形態(tài)中，電路ST0相當(dāng)于第1電路，開關(guān)SW1、SW2相當(dāng)于轉(zhuǎn)換器，信號發(fā)器30相當(dāng)于控制裝置。又，子A/D變換器14相當(dāng)于第1模一數(shù)變換器，D/A變換器15相當(dāng)于第1數(shù)一模變換器，運(yùn)算放大器11相當(dāng)于第1運(yùn)算放大器，差分放大器12a相當(dāng)于第1差分放大器。
下面，參照圖4說明圖3的模一數(shù)變換電路100a的整體動作。圖4為用來說明圖3的模一數(shù)變換電路100a的動作的時(shí)序圖。
圖4中，AMP表示放大動作，AZ表示自動零動作，SMP表示采樣動作。
在期間T1-T2，控制信號SW為高電平。這樣，開關(guān)SW1開通，開關(guān)SW2關(guān)斷。因而，提供給輸入端子IN的模擬信號Vin通過開關(guān)SW1加到輸入節(jié)點(diǎn)NI。
首先，在期間T1，時(shí)鐘信號CLK3為高電平。這樣，電路ST0內(nèi)的運(yùn)算放大器11進(jìn)行自動零動作及采樣動作，子A/D變換器14進(jìn)行自動零動作及采樣動作。這時(shí)，運(yùn)算放大器12進(jìn)行放大動作，D/A變換器15的輸出為不定。
其次在期間T2，時(shí)鐘信號CLK3為低電平。這樣，電路ST0內(nèi)的運(yùn)算放大器11進(jìn)行放大動作，子A/D變換器14進(jìn)行A/D動作。這時(shí)，從子A/D變換器14輸出上位4位的數(shù)字信號D9～D6。
其次在期間T3-T6，控制信號SW為低電平。這樣，開關(guān)SW2開通。因而，運(yùn)算放大器12輸出在輸出節(jié)點(diǎn)NO的模擬信號通過開關(guān)SW2提供給輸入節(jié)點(diǎn)NI。
進(jìn)行D/A變換動作。結(jié)果，運(yùn)算放大器12輸出在輸出節(jié)點(diǎn)NO的模擬信號通過開關(guān)SW2提供到輸入節(jié)點(diǎn)NI。
首先在期間T3，時(shí)鐘信號CLK3成高電平。這樣，電路ST0內(nèi)的運(yùn)算放大器11進(jìn)行自動零動作及采樣動作，子A/D變換器14進(jìn)行自動零動作及采樣動作。這時(shí)，運(yùn)算放大器12進(jìn)行放大動作，D/A變換器15進(jìn)行D/A變換動作。結(jié)果，運(yùn)算放大器12輸出在輸出節(jié)點(diǎn)NO的模擬信號通過開關(guān)SW2提供到輸入節(jié)點(diǎn)NI。
其次在期間T4，時(shí)鐘信號CLK3成低電平。這樣，電路ST0內(nèi)的運(yùn)算放大器11進(jìn)行放大運(yùn)作，子A/D變換器1進(jìn)行A/D變換動作。這時(shí)，從子A/D變換器15輸出中位3位的數(shù)字信號D5-D3及冗余1位。此時(shí)，運(yùn)算放大器12進(jìn)行自動零動作及采樣動作，D/A變換器15的輸出為不定。
再在期間T5，時(shí)鐘信號CLK3為高電平。這樣，電路ST0內(nèi)的運(yùn)算放大器11進(jìn)行自動零動作及采樣動作，子A/D變換器14進(jìn)行自動零動作及采樣動作。這時(shí)，運(yùn)算放大器12進(jìn)行放大動作，D/A變換器15進(jìn)行D/A變換動作。結(jié)果，運(yùn)算放大器12輸出在輸出節(jié)點(diǎn)NO的模擬信號通過開關(guān)SW2提供給輸入節(jié)點(diǎn)NI。
接著在期間T6，時(shí)鐘信號CLK3為低電平。這樣，電路ST0內(nèi)的運(yùn)算放大器11進(jìn)行放大動作，子A/D變換器14進(jìn)行A/D變換動作。這時(shí)，從子A/D變換器14輸出下位3位的數(shù)字信號D2-D0及冗余1位。此時(shí)，運(yùn)算放大器12進(jìn)行自動零動作及采樣動作，D/A變換器15的輸出為不定。
如上所述，本實(shí)施形態(tài)的模一數(shù)變換電中100a中，從1級電路ST0依次輸出上位4位的數(shù)字信號D9-D6，中位3位的數(shù)字信號D5-D3以及下位3位數(shù)字信號D2-D0。這樣，利用1級電路ST0實(shí)現(xiàn)10位的3級管道結(jié)構(gòu)。因而實(shí)現(xiàn)省面積化的目的。
上述實(shí)施形態(tài)中，在各級電路ST1、ST2、ST0設(shè)置2級運(yùn)算放大器1、2、3、4或11、12，然而各級電路中也可設(shè)置1級運(yùn)算放大器或3級以上的運(yùn)算放大器。
圖5示出圖1信圖3的模一數(shù)變換電路100、100a的信號發(fā)生器30的主要結(jié)構(gòu)的框圖。
圖5的信號發(fā)生器30包括相位比較器31、VCO(壓控振蕩器)32、1/N分頻器33、1/2分頻器34以及寄存器35。寄存器35中預(yù)先存入值N。這里，值N是任意的正整數(shù)。設(shè)定值N用的控制信號RC從寄生器35提供給1/N分頻器33。
相位比較器31比較頻率FS的時(shí)鐘信號CLK1的相位與1/N分頻器33的輸出信號的相位，將與相位差相對應(yīng)的控制電壓提供給VCO32。VCO32輸出具有與控制電壓對應(yīng)的頻率的振蕩信號即1/2分頻器34及1/N分頻器33。1/N分頻器對VCO32輸出的振蕩信號進(jìn)行1/N分頻，將往1/N分頻的輸出信號提供給相位比較器31。1/2分頻器對VCO32輸出的振蕩信號作1/2分頻，往1/2分頻的振蕩信號作為時(shí)鐘信號CLKn輸出。時(shí)鐘信號CLKn具有時(shí)鐘信號CLK1的n倍的頻率nFS。N＝N/2。
例如，設(shè)定N＝2到1/N分頻器33的寄存器時(shí)，時(shí)鐘信號CLKn的頻率就成為FS，將N＝4設(shè)定到1/N分頻器33的寄存器時(shí)，時(shí)鐘信號CLKn的頻率就成為2FS，設(shè)定N＝6時(shí)，時(shí)鐘信號CLKn的頻率就成為3FS，設(shè)定N＝8時(shí)，時(shí)鐘信號CLKn的頻率就成為4FS。圖1及圖3的例表示N＝6的情況。
圖1的模一數(shù)變換電路100中，通過設(shè)定以1/N分頻器33的值N為2來設(shè)定時(shí)鐘信號CLKn的頻率為FS的情況下，第1級電路ST1有4位結(jié)構(gòu)，第2級電路ST2有(2位+冗余1位)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)6位的管道結(jié)構(gòu)。又，通過設(shè)定以1/N分頻器33的值N為4來設(shè)定時(shí)鐘信號CLKn的頻率為2FS的情況下，第1級電路ST1有4位結(jié)構(gòu)，第2級電路ST2的第1及第2循環(huán)有(2位+冗余1位)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)8位的管道結(jié)構(gòu)。又，通過設(shè)定以1/N分頻器33的值N為8來設(shè)定時(shí)鐘信號CLKn的頻率為4FS的情況下，第1級電路ST1有4位結(jié)構(gòu)，第2級電路ST2的第1-第4循環(huán)有(2位+冗余1位)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)12位的管道結(jié)構(gòu)。
圖3的模一數(shù)變換電路100a中，通過設(shè)定以1/N分頻器33的值N為2來設(shè)定時(shí)鐘信號CLKn的頻率為FS的情況下，電路ST0的4位結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)4位的管道結(jié)構(gòu)。又，通過設(shè)定以1/N分頻器33的值N為4來設(shè)定時(shí)鐘信號CLKn的頻率為2FS的情況下，電路ST0的第1循環(huán)有(3位+冗余1位)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)7位的管道結(jié)構(gòu)。又，通過設(shè)定以1/N分頻器33的值N為8來設(shè)定時(shí)鐘信號CLKn的頻率為4FS的情況下，電路ST0的第2-第4循環(huán)有(3位+冗余1位)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)13位的管道結(jié)構(gòu)。
這樣，在圖1及圖3的模一數(shù)變換電路100、100a中，通過任意地設(shè)定1/N分頻器33的分頻比，可容易地變更位分辨力。從而用同一硬件結(jié)構(gòu)具有不同位分辨力的模一數(shù)變換電器。
相位比較器31、VCO32及1/N分頻器33構(gòu)成相位同步環(huán)路，1/N分頻器33相當(dāng)于分頻器33。又，寄存器35相當(dāng)于分頻比設(shè)定裝置。
圖6為圖1為模數(shù)變換電路100的差分放大器2a的電路圖。圖6的差分放大器2a是完全差動方法的相減運(yùn)算放大電路。
圖6的差分放大器2a中，運(yùn)算放大器20的正向輸入蕩與節(jié)點(diǎn)N15之間連接電容器21，反向輸入端與節(jié)點(diǎn)16之間連接電容器22。
節(jié)點(diǎn)15通過開關(guān)SW11連接節(jié)點(diǎn)11，并通過開關(guān)SW13連接節(jié)點(diǎn)13。節(jié)點(diǎn)16通過開關(guān)SW12連接節(jié)點(diǎn)12，并通過開關(guān)SW14連接節(jié)點(diǎn)14。
運(yùn)算放大器20的反相輸出端子連接節(jié)點(diǎn)NO1，并通過電容器23連接正相輸入端子。運(yùn)算放大器20的正相輸出端子連接節(jié)點(diǎn)NO2，并通過電容器2連接反相輸入端子。
運(yùn)算放大器20的正相輸入端子通過開關(guān)SW15連接到接受基準(zhǔn)電壓Vag的基準(zhǔn)端子，反相輸入端子通過開關(guān)SW17連接基準(zhǔn)端子。運(yùn)算放大器20的反相輸出端子通過開關(guān)18連接基準(zhǔn)端子。節(jié)點(diǎn)NO1、NO2分別通過電容器25、26接地。
開關(guān)SW11-SW18利用CMOS開關(guān)來構(gòu)成。這些開關(guān)SW11、SW18由控制信號SW或其反相信號控制。
該差分放大器2a中被提供有輸入端子In的模擬信號Vin及D/A變換器8的D/A變換結(jié)果即模擬信號VDA。也就是說，節(jié)點(diǎn)N11、N12上分別加上模擬信號Vin(+)、Vin(-)。這里是Vin＝Vin(+)-Vin(-)。節(jié)點(diǎn)N13、N14上分加上模擬信號VDA(+)、VDA(-)。這里VDA＝VDA(+)-VDA(-)。節(jié)點(diǎn)NO1上出現(xiàn)模擬信號Vout(+)，節(jié)點(diǎn)NO2上出現(xiàn)模擬信號Vout(-)。這是，Vout＝Vout(+)-Vout(-)。
以下參照圖7說明圖6的差分放大器2a的動作。圖7為用來說明圖6的差分放大器2a的動作的時(shí)序圖。這是，設(shè)電容器23、24的容量值為C，電容器21、22的容量值為KC。K為常數(shù)。
當(dāng)自動零動作及采樣動作時(shí)，開關(guān)SW11、SW12、SW15-SW18開通，天關(guān)SW13、SW14關(guān)斷。這樣，運(yùn)算放大器20的正相輸入端子和反相輸入端子為等電位，反相輸出端子和正相輸出端子的等電位，反相輸出端子和正相輸出端子為等電位。又，模擬信號Vin(-)通過開關(guān)SW11輸入到節(jié)點(diǎn)N15，模擬信號Vin(-)通過開關(guān)SW12輸入到節(jié)點(diǎn)N16。即，模擬信號Vin(+)、Vin(-)被采樣。
其后，開關(guān)SW15-SW18關(guān)斷，接著開關(guān)SW11、SW12關(guān)斷。此刻，模擬信號Vin(+)、Vin(-)分別保持在電容器21、22。
放大動作時(shí)，開關(guān)SW13、SW14開通。這樣，模擬信號VDA(+)通過開關(guān)S。W13輸入到點(diǎn)節(jié)N15，模擬信號VDA(-)通過開關(guān)SW14輸入到點(diǎn)節(jié)N16。結(jié)果，模擬信號Vin(+)與模擬信號VDA(+)的差被放大K倍，同時(shí)模擬信號Vin(-)與模擬信號VDA(-)的差被放大K倍。由此，節(jié)點(diǎn)NO1出現(xiàn)模擬信號Vout(+)，節(jié)點(diǎn)NO2出現(xiàn)模擬信號Vout(-)。節(jié)點(diǎn)NO1、NO2間的電壓(模擬信號Vout)用下式表示。
Vout＝Vout(+)-Vout(-)＝[{Vin(+)-VDA(+)}-{Vin(-)-VDA(-)}]·K＝(Vin-VDA)·K又，圖1的差分放大器4a和圖3的差分放大器12a的結(jié)構(gòu)與動作也與圖6和圖7所示的差分放大器2a的結(jié)構(gòu)與動作相同。
圖8示出圖1的模一數(shù)變換電路的子A/D變換器7的結(jié)構(gòu)電路圖。圖8的子A/D變換器7是全并比較(快速)方式子A/D變換器。
圖8的子A/D變換器7由n個(gè)電阻R、n個(gè)電壓比較器D1-Dn以及編碼器70所構(gòu)成。
所有的電阻R有相同的電阻值，串聯(lián)連接于接受高電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRT的節(jié)點(diǎn)N31與接受低電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRB的節(jié)點(diǎn)N32之間。這里，設(shè)節(jié)點(diǎn)N32與節(jié)點(diǎn)N31之間的n個(gè)電阻R間的節(jié)點(diǎn)N41-N4n的電位分別為VR(1)-VR(n)。
各電壓比較器D1-Dn的正相輸入端子上加上模擬信號Vin。又，各電壓比較器D1-Dn的反相輸入端子上分別加上節(jié)點(diǎn)N41-N4n的電位VR(1)-VR(n)。
這樣，各電壓比較器D1-Dn的輸出信號VD1-VDn，在各模擬信號Vin高于電位VR(1)-VR(n)時(shí)成為高電平，在各模擬信號Vin低于電位VR(1)-VR(n)時(shí)成為低電平。
編碼器70對電壓比較器D1-Dn的輸出信號VD1-VDn進(jìn)行編碼，輸出4位的數(shù)字信號Dout。
又，圖1的子A/D變換器9和圖3的子A/D變換器14的結(jié)構(gòu)和動作，與圖8的子A/D變換器7的結(jié)構(gòu)和動作相同。
圖9為圖8的子A/D變換器7所用的差動型電壓比較器的電路圖。
圖9中，差動放大電路50由P溝道MOS場效應(yīng)晶體管(以下稱PMOS晶體管)51、52、N溝道MOS場效應(yīng)晶體管(以下稱NMOS晶體管)53、54以及恒流源57所構(gòu)成。恒流源57使用飽和動作的NMOS晶體管。
節(jié)點(diǎn)ND與輸出節(jié)點(diǎn)NO11之間接PMOS晶體管51，節(jié)點(diǎn)ND與輸出節(jié)點(diǎn)NO12之間按PMOS晶體管52。輸出節(jié)點(diǎn)NO11與節(jié)點(diǎn)NS之間接NMOS晶體管53，輸出節(jié)點(diǎn)NO12與節(jié)點(diǎn)NS之間接NMOS晶體管54。
節(jié)點(diǎn)ND接電源電壓VDD，節(jié)點(diǎn)NS通過恒流電源57接地。PMOS晶體管51、52的柵極接偏置電壓VB。NMOS晶體管53、54的柵極分別接輸入節(jié)點(diǎn)NA、NB。
輸入節(jié)點(diǎn)NA通過電容器55接節(jié)點(diǎn)N1，輸入節(jié)點(diǎn)NB通過電容器56接節(jié)點(diǎn)N2。輸入節(jié)點(diǎn)NA與輸出節(jié)點(diǎn)NO11之間連接開關(guān)SW31，輸入節(jié)點(diǎn)NB與輸出節(jié)點(diǎn)NO12之間連接開關(guān)SW41。節(jié)點(diǎn)N1上并聯(lián)連接開關(guān)SW42、SW43。
開關(guān)SW31-SW33、SW41-SW43由CMOS開關(guān)構(gòu)成。這些開關(guān)由控制信號或其反相信號控制。
輸入電壓V1(+)、V2(+)分別加到開關(guān)SW32、SW33輸入電壓V1(-)、V2(-)分別加到開關(guān)SW42、SW43。從輸出節(jié)點(diǎn)NO11、NO12導(dǎo)出輸出電壓VO(+)、VO(-)。
這里，輸入電壓V1(+)與輸入電壓V2(+)之差作為差分輸入電壓ΔV(-)。輸出電壓V0(+)與輸出電壓V0(-)之差作為差分輸出電壓ΔV0。這里，圖8的模擬信號Vin相當(dāng)于差分輸入電壓ΔV(+)，電位VR(1)-VR(n)的任一個(gè)相當(dāng)于差分輸入電壓ΔV(-)，輸出信號VD1-VDn的任一個(gè)相當(dāng)于差分輸出電壓ΔV0。
圖10為用來說明圖9的電壓比較器的動作的時(shí)序圖。
當(dāng)自動零動作和采樣動作時(shí)，開關(guān)SW31、SW41、SW32、SW42開通，開關(guān)SW33、SW34關(guān)斷。這樣，輸入節(jié)點(diǎn)NA與輸出節(jié)點(diǎn)NO11為等電位，輸入節(jié)點(diǎn)NB與輸出節(jié)點(diǎn)NO12為等電位。又，輸入電壓V1(+)通過開關(guān)SW32輸入到輸入節(jié)點(diǎn)NA，輸入電壓V1(-)通過開關(guān)SW42輸入到輸入節(jié)點(diǎn)NB。即，輸入電壓V1(+)及輸入電壓V1(-)被采樣。
其后，開并SW31、SW41關(guān)斷，接著開關(guān)SW32、SW42關(guān)斷。此時(shí)，輸入電壓V1(+)、V1(-)分別保持于電容器55、56。
當(dāng)比較動作時(shí)，開關(guān)SW33、SW43開通。這樣，輸入電壓V2(+)通過開關(guān)SW33輸入到輸入節(jié)點(diǎn)NA，輸入電壓V2(-)通過開關(guān)SW43輸入到輸入節(jié)點(diǎn)NB。結(jié)果，輸入節(jié)點(diǎn)NA的電壓變化成為V2(-)-V1(-)。
根據(jù)輸入節(jié)點(diǎn)NA的差分輸入電壓ΔV(+)＝V2(+)-V1(+)與輸入節(jié)點(diǎn)NB的差分輸入電壓ΔV(-)＝V2(-)-V1(-)的比較結(jié)果，輸出節(jié)點(diǎn)NO11的輸出電壓V0(+)及輸出節(jié)點(diǎn)NO12的輸出電壓V0(-)中的一方變化到電源電壓VDD一側(cè)，另一方變化到接地電位一側(cè)。這樣，輸出節(jié)點(diǎn)NO11、NO12間的差分輸出電壓根據(jù)比較結(jié)果從0V變化到正側(cè)或負(fù)側(cè)。
又，圖8的電壓比較器D2-Dn的結(jié)構(gòu)和動作與圖9及圖10的電壓比較器D1的結(jié)構(gòu)和動作相同。
圖11為圖1的模一數(shù)變換電路100的子A/D變換器7及D/A變換器8的電路圖。D/A變換器8是電容陳列方式D/A變換器。又，圖11中末示出圖8的編碼器。
D/A變換器8，由連接成陳列狀的各自n個(gè)的開關(guān)E1-En，F(xiàn)1-Fn，G1-Gn，H1-Hn，n個(gè)正側(cè)電容器B1-Bn，以及n個(gè)負(fù)側(cè)電容器C1-Cn所構(gòu)成。
電容器B1-Bn，C1-Cn全部有相同容量C。從電容器量B1-Bn的一方端子(以下算輸出端子)生成差動正側(cè)輸出電壓VDA(+)，從電容器C1-Cn的一方端子(以下稱輸出端子)生成差動負(fù)側(cè)輸出電壓VDA(-)。各電容器B1-Bn、C1-Cn的另一方端子稱作輸入端子。
各開關(guān)E1-En的一方端子接節(jié)點(diǎn)31，另一方端子接電容器B1-Bn的輸入端子。各開關(guān)F1-Fn的一方端子接節(jié)點(diǎn)31，另一方端子接電容器C1-Cn的端子。各開關(guān)G1-Gn的一方端子接節(jié)點(diǎn)32，另一方端子接電容器B1-Bn的輸入端子。各開關(guān)H1-Hn的一方端子接節(jié)點(diǎn)32，另一方端子接電容器C1-Cn的輸入端子。
各開關(guān)E1-En、F1-Fn、G1-Gn、H1-Hn各自用同編號的開關(guān)構(gòu)成4速開關(guān)。例如，開關(guān)E1、F1、G1、H1是1連，開關(guān)En、Fn、Gn、Hn也是1連。然后各開關(guān)E1-En、F1-Fn、G1-Gn、H1-Hn各自根據(jù)積壓電壓比較器D1-Dn的輸出電平進(jìn)行開并動作。例如當(dāng)電壓比較器Dn的輸出為高電平時(shí)，開關(guān)En、Hn、開通，開關(guān)Gn、Fn關(guān)斷。反之，當(dāng)電壓比較器Dn的輸出為低電平時(shí)，開關(guān)En、Hn關(guān)斷，開關(guān)Gn、Fn開通。
以下說明D/A變換器8的動作。初始條件中，各電容器B1-Bn的輸入端子及輸出端子的電位均為0V，各開關(guān)E1-En、F1-Fn、G1-Gn、H1-Hn全部關(guān)斷。因此初始條件中，所有電容器B1-Bn、C1-Cn所存儲的電荷(電量)為Q＝0。
這里，當(dāng)n個(gè)電壓比較器D1-Dn中m個(gè)的輸出為高電平時(shí)，則各開關(guān)E1-En中m個(gè)開通、(n-m)個(gè)關(guān)斷，各開關(guān)G1-Gn中(n-m)個(gè)開通、m個(gè)關(guān)斷。根據(jù)各該開關(guān)E1-En、G1-Gn的通斷動作，所有電容器B1-Bn所存儲的電荷Q2以下式(A1)表示。
Q2＝m(VRT-VDA(+))+(n-m)(VRB-VDA(+))C …(A1)根據(jù)電荷保持定則，Q1＝Q2。因此，模擬信號VDA(+)以下式(A2)表示。
VDA(+)＝VRB+m(VRT-VRB)/n …(A2)
另一方面，當(dāng)n個(gè)電壓比較器D1-Dn中m個(gè)的輸出的高電平時(shí)，則各開關(guān)H1-Hn中m個(gè)開通、(n-m)個(gè)關(guān)斷，各開關(guān)F1-Fn中(n-m)個(gè)開通、m個(gè)關(guān)斷。根據(jù)各該開關(guān)H1-Hn、F1-Fn的通斷動作，所有電容器C1-Cn所有儲電荷Q3以下式(A3)表示。
Q3＝(n-m)(VRT-VDA(-))C+m(VRB-VDA(-))C…(A3)根據(jù)電荷保持定則，Q1＝Q3。用此模擬信號VDA(-)以下或(A4)表示。
VDA(-)＝VRT-m(VRT-VRB)/m …(A4)從而，由上式(A2)、(A4)，模擬信號VDA由式(A5)表示。
VDA＝VDA(+)-VDA(-)＝VRB-VRT+2m(VRT-VRB)/m …(A5)如上所述，上述實(shí)施形態(tài)的模一數(shù)變換電路100、100a實(shí)現(xiàn)省面積化的同時(shí)，用同一硬傳結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)不同的位結(jié)構(gòu)，所以最適合于嵌入(embedded)型模一數(shù)變換電路。
權(quán)利要求
1.一種模一數(shù)變換電路，其特征在于，包括具有第1及第2節(jié)點(diǎn)的第1電路，將輸入的模擬信號及所述第2節(jié)點(diǎn)的模擬信號之一選擇性地提供到所述第1節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)換器，以及控制所述轉(zhuǎn)換器的控制裝置，所述第1電路，包括將來自第1節(jié)點(diǎn)的模擬信號變換成數(shù)字信號的第1模一數(shù)變換器，將所述第1模一數(shù)變換器輸出的數(shù)字信號變換成模擬信號的第1數(shù)一模變換器，以及將來自所述第1節(jié)點(diǎn)的模擬信號與所述第1數(shù)一模變換器輸出的模擬信號的差分進(jìn)行放大并輸出到所述第2節(jié)點(diǎn)的第1差分放大器，所述控制裝置控制所述轉(zhuǎn)換器，使得在輸入的模擬信號給到所述第1節(jié)點(diǎn)之后，規(guī)定循環(huán)次數(shù)地進(jìn)行基于所述第1模一數(shù)變換器的變換動作、基于所述第1數(shù)一模變換器的變換動作以及基于所述第1差分放大器的放大動作。
2.如權(quán)利要求1所述的模一數(shù)變換器，其特征在于，所述第1電路還包括放大所述第1節(jié)點(diǎn)的模擬信號并提供到所述第1差分放大器的第1運(yùn)算放大器。
3.如權(quán)利要求1所述的模一數(shù)變換器，其特征在于，還包括通過所述轉(zhuǎn)換器設(shè)置于所述第1電路的前級至少1級的第2電路，所述第2電路，包括將輸入的模擬信號變換成數(shù)字信號的第2模一數(shù)變換器，將從所述第2模一數(shù)變換器輸出的數(shù)字信號變換成模擬信號的第2數(shù)一模變換器，以及將所述輸入的模擬信號與所述第2數(shù)一模變換器輸出的模擬信號的差分進(jìn)行放大并通過所述轉(zhuǎn)換器輸出到所述第1電路的第2差分放大器。
4.如權(quán)利要求3所述的模一數(shù)變換器，其特征在于，所述第2電路還包括放大所述輸入的模擬信號并提供到所述第2差分放大器的第2運(yùn)算放大器。
5.如權(quán)利要求1所述的模一數(shù)變換器，其特征在于，所述控制裝置包括發(fā)生時(shí)鐘信號及控制信號的信號發(fā)生器，所述第1電路的所述第1模一數(shù)變換器、所述第1數(shù)一模變換器以及所述第1差分放大器，響應(yīng)于所述信號發(fā)生器發(fā)生的時(shí)鐘信號進(jìn)行動作，所述轉(zhuǎn)換器響應(yīng)于所述信號發(fā)生器發(fā)生的控制信號，轉(zhuǎn)換將輸入的模擬信號提供給所述第1節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)和將所述第2節(jié)點(diǎn)的模擬信號提供給所述第1節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)。
6.如權(quán)利要求5所述的模一數(shù)變換器，其特征在于，所述控制信號具有第1頻率，所述時(shí)鐘信號具有所述第1頻率的整數(shù)倍的第2頻率。
7.如權(quán)利要求5所述的模一數(shù)變換器，其特征在于，所述控制裝置還包括變更所述信號發(fā)生器發(fā)生的時(shí)鐘信號頻率的變更裝置。
8.如權(quán)利要求7所述的模一數(shù)變換器，其特征在于，所述信號發(fā)生器包括具有分頻器的相位同步環(huán)路，所述變更裝置包括設(shè)定所述相位同步環(huán)路的所述分頻器的分頻比的分頻比設(shè)定裝置。
9.如權(quán)利要求3所述的模一數(shù)變換器，其特征在于，所述控制裝置包括發(fā)生第1及第2時(shí)鐘信號及控制信號的信號發(fā)生器，所述第1電路的所述第1模一數(shù)變換器、所述第1數(shù)一模變換器以及所述第1差分放大器，響應(yīng)于所述信號發(fā)生器發(fā)生的第1時(shí)鐘信號進(jìn)行動作，所述第2電路的所述第2模一數(shù)變換器、所述第2數(shù)一模變換器以及所述第2差分放大器，響應(yīng)于所述信號發(fā)生器發(fā)生的第2時(shí)鐘信號進(jìn)行動作，所述轉(zhuǎn)換器響應(yīng)于所述信號發(fā)生器發(fā)生的控制信號，轉(zhuǎn)換將所述第2電路的所述第2差分放大器輸出的模擬信號提供給所述第1節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)和將所述第2節(jié)點(diǎn)的模擬信號提供給所述第1節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)。
10.如權(quán)利要求9所述的模一數(shù)變換器，其特征在于，所述控制信號具有第1頻率，所述第1時(shí)鐘信號具有所述第1頻率的整數(shù)倍的所述第2頻率，所述第2時(shí)鐘信號具有所述第1頻率。
11.如權(quán)利要求9所述的模一數(shù)變換器，其特征在于，所述控制裝置還包括變更所述信號發(fā)生器發(fā)生的第1時(shí)鐘信號的頻率的變更裝置。
12.如權(quán)利要求11所述的模一數(shù)變換器，其特征在于，所述信號發(fā)生器包括具有分頻器的相位同步環(huán)路，所述變更裝置包括設(shè)定所述相位同步環(huán)路的所述分頻器的分頻比的分頻比設(shè)定裝置。
13.一種模一數(shù)變換方法，其特征在于，包括下述步驟將第1模擬信號變換成第1數(shù)字信號的步驟，將所述第1數(shù)字信號變換成第2模擬信號的步驟，將所述第1模擬信號與所述第2模擬信號的差分進(jìn)行放大并生成第3模擬信號的步驟，將所述第3模擬信號變換成第2數(shù)字信號的步驟，將所述第2數(shù)字信號變換成第4模擬信號的步驟，將所述第3模擬信號與所述第4模擬信號的差分進(jìn)行放大并生成第5模擬信號的步驟；用共用的模一數(shù)變換器，進(jìn)行變換所述第1模擬信號的所述步驟和變換所述第3模擬信號的所述步驟，用共用的模一數(shù)變換器，進(jìn)行變換所述第1數(shù)字信號的所述步驟和變換所述第2數(shù)字信號的所述步驟，用共用的模一數(shù)變換器，進(jìn)行放大所述第1模擬信號與所述第2模擬信號的差分的所述步驟和放大所述第3模擬信號與所述第4模擬信號的差分的所述步驟。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種模一數(shù)變換電路。第1級電路內(nèi)的運(yùn)算放大器、子A/D變換器、D/A變換器以及運(yùn)算放大器，響應(yīng)于時(shí)鐘信號進(jìn)行動作。第2級電路內(nèi)的運(yùn)算放大器，子A/D變換器、D/A變換器以及運(yùn)算放大器，響應(yīng)于具有3倍時(shí)鐘信號頻率的時(shí)鐘信號進(jìn)行動作。從第1級電路內(nèi)的運(yùn)算放大器輸出的模擬信號通過開關(guān)提供到第2級電路內(nèi)的輸入節(jié)點(diǎn)。從第2級電路內(nèi)的運(yùn)算放大器輸出的模擬信號通過開關(guān)提供到第2級電路內(nèi)的輸入節(jié)點(diǎn)。
文檔編號H03M1/14GK1490936SQ03159318
公開日2004年4月21日 申請日期2003年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月3日
發(fā)明者和田淳, 谷邦之 申請人:三洋電機(jī)株式會社