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EINSCHLUSS DURCH VERWEIS
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Diese
Anmeldung basiert auf und beansprucht die Priorität der
japanischen Patentanmeldung Nr.
2009-119670 , die am 18. März 2009 eingereicht
wurde und deren Offenbarung hier durch Verweis auf dieselbe vollständig
eingeschlossen ist.
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HINTERGRUND
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Analog-Digital-Wandlungsschaltung
und ein Analog-Digital-Wandlungsverfahren und, genauer ausgedrückt,
auf eine Analog-Digital-Wandlungsschaltung und ein Analog-Digital-Wandlungsverfahren
eines sukzessiven Annäherungstyps.
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2. Beschreibung der verwandten
Technik
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Allgemein
enthalten Analog-Digital-Wandlungsschaltungen vom sukzessiven Annäherungstyp (A/D-Wandler)
einen Komparator, der sequentiell eine analoge Eingangsspannung
mit einer Anzahl von Referenzspannungen vergleicht, die gemäß einer
Auflösung (der Anzahl von Bits) bestimmt werden. Die Referenzspannungen
werden unter Verwendung einer Stromversorgung zum Beispiel basierend
auf einem vorbestimmten Digitalwert erzeugt, der in einem Register
oder dergleichen gespeichert ist.
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Wenn
in dem Fall der Verwendung einer Stromversorgung die Stromversorgungsspannung variiert,
variieren auch die Referenzspannungen, von denen jede gemäß dem
vorbestimmten Digitalwert bestimmt wird. Dies gestaltet es schwierig,
eine A/D- Wandlung an der analogen Eingangsspannung akkurat durchzuführen.
Insbesondere wenn eine Batterie als die Stromversorgung verwendet
wird, entsteht mit dem Verstreichen der Gebrauchszeit ein Problem
einer Senkung in der Stromversorgungsspannung. Wenn eine Booster-Schaltung
wie zum Beispiel ein DC/DC-Wandler eingesetzt wird, so dass die
Standardspannung selbst dann konstant gehalten wird, wenn die Stromversorgungsspannung
variiert, entsteht indes ein anderes Problem einer Erhöhung
der Kosten. Eine Technik zum Korrigieren eines A/D-Wandlungsergebnisses
einer analogen Eingangsspannung, bei der das Problem einer Kostenerhöhung
vermieden wird, ist in der nichtgeprüften
Japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung
Nr. 2005-26830 offenbart.
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9 ist
ein Blockdiagramm, das einen in
1 der nichtgeprüften
Japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung
Nr. 2005-26830 offenbarten A/D-Wandler zeigt. Der A/D-Wandler
enthält einen Sensor
11, eine A/D-Wandlungseinheit
12,
einen Mikrocomputer-ZVE
13, in dem die A/D-Wandlungseinheit
12 angebracht
ist, eine Stromversorgung
14 und eine Standardspannungs-Erzeugungseinheit
15.
Die Standardspannungs-Erzeugungseinheit
15 erzeugt eine
Standardspannung zum Korrigieren einer Variation in der Referenzspannung
der A/D-Wandlungseinheit
12 aufgrund einer Variation in
der Spannung der Stromversorgung
14. Anschließend
wird ein A/D-Wandlungsergebnis einer analogen Eingangsspannung von
dem Sensor
11 korrigiert, indem ein A/D-Wandlungsergebnis
der durch die Standardspannungs-Erzeugungseinheit
15 erzeugten
Standardspannung zur Korrektur verwendet wird.
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10 ist
ein Ablaufdiagramm, das in
5 der nichtgeprüften
Japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung
Nr. 2005-26830 offenbart ist. Bezug nehmend auf
10 wird
in dem A/D-Wandler, der in der nichtgeprüften
Japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung
Nr. 2005-26830 offenbart ist, die Standardspannung zur
Korrektur zuerst einer A/D-Wandlung unterzogen und gespeichert (Schritt S1).
Als nächstes wird eine Ausgabe des Sensors
11 einer
A/D-Wandlung unterzogen (Schritt S2). Anschließend wird
das in Schritt S2 erhaltene A/D-Wandlungsergebnis unter Verwendung
des MD-Wandlungsergebnisses der in Schritt S1 gespeicherten Standardspannung korrigiert.
Zuletzt wird die korrigierte Sensorausgabe für eine Steueroperation verwendet
(Schritt S4).
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ZUSAMMENFASSUNG
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Der
vorliegende Erfinder hat das im Folgenden beschriebene Problem festgestellt.
Bei dem in der nichtgeprüften
Japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung
Nr. 2005-26830 offenbarten A/D-Wandler gibt es nämlich
Zeitbegrenzungen, dass das A/D-Wandlungsergebnis nicht verwendet werden
kann, bevor eine Korrekturoperationsverarbeitung von Schritt S3
abgeschlossen ist. Mit anderen Worten besteht das Problem, dass
der in der nichtgeprüften
Japanischen
Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2005-26830 offenbarte
A/D-Wandler nicht für Echtzeitsteuerung geeignet ist, die
sehr schnelle A/D-Wandlung erfordert.
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Ein
erster exemplarischer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine
Analog-Digital-Wandlungsschaltung, die Folgendes enthält:
eine Vergleichseinheit, die sequentiell eine analoge Eingangsspannung mit
einer Anzahl von Referenzspannungen vergleicht und ein Vergleichsergebnis
als einen Digitalwert ausgibt; eine Standardspannungs-Erzeugungseinheit, die
eine Standardspannung zum Korrigieren der Referenzspannungen erzeugt;
eine Speichereinheit, die ein Vergleichsergebnis der durch die Vergleichseinheit
erhaltenen Standardspannung speichert; und eine Referenzspannungs-Erzeugungseinheit,
die die basierend auf dem Vergleichsergebnis der Standardspannung
korrigierten Referenzspannungen erzeugt.
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Ein
zweiter exemplarischer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein
Analog-Digital-Wandlungsverfahren, das Folgendes umfasst: Konvertieren
einer Standardspannung in einen Digitalwert, wobei die Standardspannung
unabhängig von einer Variation einer Stromversorgungsspannung
im Wesentlichen konstant ist; Erzeugen einer Anzahl von Referenzspannungen,
die basierend auf einem Vergleichsergebnis der Standardspannung
korrigiert werden; und sequenzielles Vergleichen der Anzahl von
Referenzspannungen mit einer analogen Eingangsspannung sowie Umwandeln
der Anzahl von Referenzspannungen in Digitalwerte.
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Den
exemplarischen Aspekten der vorliegenden Erfindung zufolge werden
die basierend auf dem A/D-Wandlungsergebnis der Standardspannung
korrigierten Referenzspannungen mit dem analogen Eingangssignal
verglichen. Deshalb kann das Wandlungsergebnis des analogen Eingangssignals direkt
für eine Steueroperation verwendet werden.
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Den
exemplarischen Aspekten der vorliegenden Erfindung zufolge ist es
möglich, eine Analog-Digital-Wandlungsschaltung und ein
Analog-Digital-Wandlungsverfahren zu schaffen, die für
Echtzeitsteuerung geeignet sind.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
obigen und andere exemplarische Aspekte, Vorteile und Merkmale werden
aus der folgenden Beschreibung bestimmter exemplarischer Ausführungsformen
in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen deutlicher werden,
in denen:
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1 ein
Blockdiagram ist, das eine Analog-Digital-Wandlungsschaltung gemäß einer
ersten exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
zeigt;
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2 ein
Diagramm ist, das spezifisch eine Referenzspannungs-Erzeugungsschaltung 104 zeigt;
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3 ein
Ablaufdiagramm ist, das ein Korrekturverfahren gemäß einer
exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
zeigt;
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4 ein
schematisches Diagramm ist, das einen Vergleich zwischen einer A/D-Wandlung,
die durchgeführt wird, wenn eine Stromversorgungsspannung
VDD normal ist, und einer A/D-Wandlung zeigt, die durchgeführt
wird, wenn die Stromversorgungsspannung VDD in einem typischen A/D-Wandler
sinkt;
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5 eine
Tabelle ist, die einen A/D-Wandlungsprozess zeigt, der durchgeführt
wird, wenn die Stromversorgungsspannung normal ist (VDD = 3,2 V).
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6 einen
A/D-Wandlungsprozess zeigt, der durchgeführt wird, wenn
die Stromversorgungsspannung sinkt (VDD = 2,2 V);
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7 ein
Konzeptdiagramm ist, das ein Korrekturverfahren gemäß einer
exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
zeigt;
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8 eine
Tabelle ist, die einen A/D-Wandlungsprozess gemäß einer
exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
zeigt, wenn die Stromversorgung sinkt (VDD = 2,2 V);
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9 ein
Blockdiagramm ist, das einen in
1 der nichtgeprüften
Japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung
Nr. 2005-26830 offenbarten A/D-Wandler zeigt; und
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10 ein
Ablaufdiagramm ist, das in
5 der nichtgeprüften
Japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung
Nr. 2005-26830 offenbart ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
DER EXEMPLARISCHEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Exemplarische
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sollen im
Folgenden unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben
werden. Es wird darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung
nicht auf die im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen
begrenzt ist. Die folgende Beschreibung und die anliegenden Zeichnungen
sind zum Verdeutlichen der Erklärung geeignet vereinfacht
worden.
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[Erste exemplarische Ausführungsform]
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1 ist
ein Blockdiagramm, das eine Analog-Digital-Wandlungsschaltung (im
Folgenden als ”A/D-Wandler” bezeichnet) gemäß einer
ersten exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zeigt. Der A/D-Wandler enthält eine Standardspannungs-Erzeugungseinheit 101 zur
Korrektur, einen Wähler 102, eine Abtast- und
Halte-(sample and hold, S/H)Schaltung 103, eine Referenzspannungs-Erzeugungsschaltung 104,
einen Komparator (Vergleichseinheit) 105, ein Wandlungsergebnisregister 106 und
ein Standardspannungs-Wandlungsergebnisregister 107.
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Die
Standardspannungs-Erzeugungseinheit 101 erzeugt eine Standardspannung
Vstd zur Korrektur und gibt diese aus, die unabhängig von
einer Variation in der Stromversorgungsspannung konstant ist. Der
Wähler 102 wählt entweder eine analoge
Eingangsspannung Vin oder die von der Standardspannungs-Erzeugungseinheit 101 ausgegebene
Standardspannung Vstd aus und gibt diese aus. Die S/H-Schaltung 103 tastet
die analoge Eingangsspannung Vin oder die Standardspannung Vstd
(im Folgenden als ”verglichene Spannung” bezeichnet) ab,
die von dem Wähler 102 ausgegeben wurde, um in
dem Komparator 105 verglichen zu werden, und hält
die Spannung konstant. Die S/H-Schaltung 103 besteht zum
Beispiel aus einem Schalter, der als Reaktion auf ein Taktsignal
ein- und ausschaltet, und einem Abtastkondensator.
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Die
Referenzspannungs-Erzeugungsschaltung 104 erzeugt ein Digitalsignal
zum Erzeugen einer Referenzspannung Vref basierend auf einem A/D-Wandlungsergebnis
der in dem Standardspannungs-Wandlungsergebnisregister 107 gespeicherten
Standardspannung Vstd, und erzeugt ferner die Referenzspannung Vref
basierend auf dem Digitalsignal. Die Referenzspannungs-Erzeugungsschaltung 104 umfasst
einen Stromversorgungsanschluss auf der Hochspannungsseite, dem
eine Stromversorgungsspannung VDD zugeführt wird, und einen Stromversorgungsanschluss
auf der Niederspannungsseite, dem eine Erdspannung GND zugeführt wird.
Das heißt, die Referenzspannungs-Erzeugungsschaltung 104 erzeugt
die Referenzspannungen Vref im Bereich der Erdspannung GND bis zur Stromversorgungsspannung
VDD. Die Referenzspannungs-Erzeugungsschaltung 104 soll
im Folgenden unter Bezugnahme auf 2 ausführlich
beschrieben werden.
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Der
Komparator 105 vergleicht sequentiell die in der S/H-Schaltung 103 gehaltene
verglichene Spannung mit der Mehrzahl von Referenzspannungen Vref,
die von der Referenzspannungs-Erzeugungsschaltung 104 ausgegeben
wurden, und gibt ein Vergleichsergebnis als ein Digitalsignal aus.
Das Wandlungsergebnisregister 106 speichert das von dem
Komparator 105 ausgegebene A/D-Wandlungsergebnis vorübergehend
und gibt es anschließend aus. Das Standardspannungs-Wandlungsergebnisregister 107 speichert
das A/D-Wandlungsergebnis der Standardspannung Vstd.
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2 zeigt
gezielt die Referenzspannungs-Erzeugungsschaltung 104.
Bezug nehmend auf 2 enthält die Referenzspannungs-Erzeugungsschaltung 104 eine
Digitalsignal-Erzeugungsschaltung 104a, einen Stufenwähler 104b und
einer Reihenwiderstandskette 104c.
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Die
Digitalsignal-Erzeugungsschaltung 104a erzeugt Datensignale
jeweils entsprechend den Referenzspannungen Vref basierend auf dem A/D-Wandlungsergebnis
der Standardspannung Vstd und gibt diese aus. Der Stufenwähler 104b enthält
eine Anzahl von Schaltern SW, die parallel miteinander verbunden
sind. Ein-/Ausschalten jedes der Schalter SW wird durch das von
der Digitalsignal-Erzeugungsschaltung 104a ausgegebene
Digitalsignal gesteuert.
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Die
Reihenwiderstandskette 104c besteht aus einer Anzahl von
Widerständen R, die in Reihe geschaltet sind. Einem Ende
der Reihenwiderstandskette 104c wird die Stromversorgungsspannung VDD
zugeführt, und dem anderen Ende derselben wird die Erdspannung
GND zugeführt. Ein Ende jedes der Schalter SW des Stufenwählers 104b ist
an ein Ende der Reihenwiderstandskette 104c oder einen
Knotenpunkt zwischen zwei benachbarten Widerständen R angeschlossen.
Das andere Ende jedes der Schalter Sw ist an einen Ausgang der Referenzspannungs-Erzeugungsschaltung 104 angeschlossen.
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Das
heißt, der Stufenwähler 104b und die Reihenwiderstandskette 104c bilden
eine Digital-Analog-Wandlungsschaltung (D/A-Wandler) eines Widerstandskettentyps.
Bei dieser Konfiguration werden die Referenzspannungen Vref, die
jeweils den Digitalsignalen entsprechen, welche durch die Digitalsignal-Erzeugungsschaltung 104a basierend
auf dem A/D-Wandlungsergebnis der Standardspannung Vstd erzeugt
werden, von der Referenzspannungs-Erzeugungsschaltung 104 ausgegeben.
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Wie
oben beschrieben ist, variieren in einem typischen A/D-Wandler,
wenn die Stromversorgungsspannung VDD variiert, auch die Referenzspannungen
Vref, von denen jede gemäß einem vorgegebenen
Digitalwert bestimmt wird. Dies gestaltet es schwierig, eine A/D-Wandlung
für die analoge Eingangsspannung Vin akkurat durchzuführen.
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Selbst
wenn die Stromversorgungsspannung VDD variiert, kann der A/D-Wandler
gemäß dieser exemplarischen Ausführungsform
indes die Referenzspannung Vref gleich derjenigen, die bei der normalen
Stromversorgungsspannung VDD erhalten wird, durch Verwendung des
A/D-Wandlungsergebnisses der Standardspannung Vstd erzeugen. Mit
anderen Worten, der A/D-Wandler gemäß dieser exemplarischen
Ausführungsform führt eine Korrekturoperation
so durch, dass die Referenzspannung Vref gleich der bei der normalen
Stromversorgungsspannung VDD erhaltenen Spannung wird, indem das A/D-Wandlungsergebnis
der Standardspannung Vstd verwendet wird. Das A/D-Wandlungsergebnis gleich
demjenigen, das bei der normalen Stromversorgungsspannung VDD erhalten,
kann erhalten werden, da die analoge Eingangsspannung Vin mit der
Referenzspannung Vref gleich derjenigen verglichen wird, die bei
der normalen Stromversorgungsspannung VDD erhalten wird. Das heißt,
es ist möglich, eine A/D-Wandlung an der analogen Eingangsspannung
Vin akkurat auszuführen. Ferner kann das A/D-Wandlungsergebnis
direkt für eine Steueroperation verwendet werden, und somit
ist der A/D-Wandler gemäß dieser exemplarischen
Ausführungsform für Echtzeitsteuerung geeignet.
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Bezug
nehmend als nächstes auf 3, soll ein
Korrekturverfahren gemäß dieser exemplarischen
Ausführungsform skizziert werden. 3 ist ein
Ablaufdiagramm, das das Korrekturverfahren gemäß dieser
exemplarischen Ausführungsform zeigt. Wie in 3 gezeigt
ist, wird gemäß dem Korrekturverfahren dieser
exemplarischen Ausführungsform die Standardspannung Vstd
zuerst A/D-Wandlung durch den Komparator 105 unter Verwendung
der Referenzspannung Vref unterzogen, die noch nicht korrigiert
wurde, und das Wandlungsergebnis wird in dem Standardspannungs-Wandlungsergebnisregister 107 (S101)
gespeichert.
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Als
nächstes wird die Referenzspannung Vref unter Verwendung
des A/D-Wandlungsergebnisses der in dem Standardspannungs-Wandlungsergebnisregister 107 gespeicherten
Standardspannung Vstd erzeugt, und die analoge Eingangsspannung
Vin wird A/D-Wandlung unterzogen (S102). In diesem Fall erzeugt
die Digitalsignal-Erzeugungsschaltung 104a ein der Referenzspannung
Vref entsprechendes Digitalsignal basierend auf dem A/D-Wandlungsergebnis
der Standardspannung Vstd, so dass der Wert der Referenzspannung
Vref gleich demjenigen wird, der bei der normalen Stromversorgungsspannung
VDD erhalten wird. Der Stufenwähler 104b und die
Reihenwiderstandskette 104c wandeln das Digitalsignal in
die Referenzspannung Vref um. Anschließend vergleicht der
Komparator 105 die Referenzspannung Vref mit der analogen Eingangsspannung
Vin.
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Zuletzt
wird das A/D-Wandlungsergebnis der analogen Eingangsspannung Vin
für eine Steueroperation (S103) verwendet. Das Korrekturverfahren
soll später detailliert mittels eines spezifischen Beispiels unter
Bezugnahme auf die 7 bis 9 beschrieben
werden.
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Als
nächstes soll ein genaueres Beispiel der A/D-Wandlung beschrieben
werden. 4 ist ein schematisches Diagramm,
das einen Vergleich zeigt zwischen einer A/D-Wandlung, die durchgeführt
wird, wenn die Stromversorgungsspannung VDD normal ist, und einer
A/D-Wandlung, die durchgeführt wird, wenn die Stromversorgungsspannung
VDD in einem typischen A/D-Wandler sinkt. Die linke Seite von 4 zeigt
einen Fall, in dem die Stromversorgungsspannung VDD 3,2 V beträgt,
was eine normale Spannung darstellt, und die rechte Seite von 4 zeigt
einen Fall, in dem die Stromversorgungsspannung VDD auf 2,2 V sinkt.
Hierbei wird angenommen, dass zwei Batterien jeweils mit einer Spannung
von 1,6 V zu Beginn der Verwendung auf 1,1 V am Ende der Verwendung
sinken.
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Wie
auf der linken Seite von 4 gezeigt ist, wird das Wandlungsergebnis,
wenn eine analoge Eingangsspannung Vin von 1,8 V (Vin = 1,8 V) einer A/D-Wandlung
mit einer 8-Bit Auflösung (28 =
256 Stufen) bei einer Stromversorgungsspannung VDD von 3,2 V (VDD
= 3,2 V) unterzogen wird, durch 1,8/3,2 × 256 = 144 dargestellt.
Dies entspricht 90H in hexadezimaler Schreibweise dargestellt durch
00H bis FFH. Wenn die Stromversorgungsspannung VDD wie auf der rechten
Seiten von 4 gezeigt auf 2,2 V sinkt, wird
das Wandlungsergebnis für die gleiche analoge Eingangsspannung
Vin von 1,8 V (Vin = 1,8 V) indes durch 1,8/2,2 × 256 ≈ 209
dargestellt, was D1H in hexadezimaler Schreibweise entspricht. Wenn
die Stromversorgungsspannung VDD variiert, zeigen daher die A/D-Wandlungsergebnisse
für die gleiche analoge Eingangsspannung Vin unterschiedliche
Werte.
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Nun
Bezug nehmend auf die 5 und 6, soll
der Grund hierfür ausführlich beschrieben werden. 5 ist
eine Tabelle, die einen A/D-Wandlungsprozess bei einer normalen
Stromversorgungsspannung (VDD = 3,2 V) zeigt. Spezifisch zeigt 5 einen
A/D-Wandlungsprozess, der auf der linken Seite von 4 dargestellt
ist. Da die A/D-Wandlung mit einer Auflösung von 8 Bit
durchgeführt wird, wird ein Vergleich achtmal zum Erzeugen
der Referenzspannungen Vref durchgeführt, die jeweils den
Vergleichsergebnissen entsprechen.
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Wie
in 5 gezeigt ist, wird die zu erzeugende Referenzspannung
Vref in einem ersten Vergleich durch einen Ausdruck von VDD × 1/2
angegeben. In diesem Fall wird 1/2 = 128/256 erhalten; daher wird
eine Referenzspannung Vref = 1,6 V basierend auf einem Digitalwert
von 128 = 80H erzeugt. Ferner wird die Referenzspannung Vref mit
der analogen Eingangsspannung Vin verglichen, und Vref = 1,6 ≤ Vin
= 1,8 V wird festgestellt, so dass das Vergleichsergebnis ”1” zeigt.
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Da
das erste Vergleichsergebnis ”1” zeigt, wird die
Referenzspannung Vref in einem zweiten Vergleich durch einen Zwischenwert
zwischen VDD und VDD × 1/2, d. h. einen Ausdruck von VDD × 3/4 angegeben.
In diesem Fall wird 3/4 = 192/256 erhalten, so dass eine Referenzspannung
Vref = 2,4 V basierend auf einem Digitalwert V0H erzeugt wird. Ferner
wird Vref = 2,4 V > Vin
= 1,8 V festgestellt, so dass das Vergleichsergebnis ”0” zeigt.
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Da
das zweite Vergleichsergebnis ”0” zeigt, wird
die Referenzspannung Vref in einem dritten Vergleich durch einen
Zwischenwert zwischen VDD × 1/2 und VDD × 3/4,
d. h. einen Ausdruck von VDD × 5/8 angegeben. In diesem
Fall wird 5/8 = 160/256 erhalten, so dass eine Standardspannung
= 2,0 V basierend auf einem Digitalwert A0H erzeugt wird. Ferner
wird Vref = 2,0 V > Vin
= 1,8 V festgestellt, so dass das Vergleichsergebnis ”0” zeigt.
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Da
das dritte Vergleichsergebnis ”0” zeigt, wird
die Referenzspannung Vref in einem vierten Beispiel durch einen
Zwischenwert zwischen VDD × 1/2 und VDD × 5/8,
d. h. einen Ausdruck von VDD × 9/16 angegeben. In diesem
Fall wird 9/16 = 114/256 erhalten, so dass eine Referenzspannung
Vref = 1,8 V basierend auf einem Digitalwert von 90H erzeugt wird. Ferner
wird Vref = 1,8 V ≤ Vin = 1,8 V festgestellt, so dass das
Vergleichsergebnis ”1” zeigt.
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Da
das vierte Vergleichsergebnis ”1” zeigt, wird
die Referenzspannung Vref in einem fünften Vergleich durch
einen Zwischenwert zwischen VDD × 9/16 und VDD × 5/8,
d. h. einen Ausdruck von VDD × 19/32 angegeben. In diesem
Fall wird 19/32 = 152/256 erhalten, so dass eine Standardspannung von
1,9 V basierend auf einem Digitalwert von 98H erzeugt wird. Ferner
wird Vref = 1,9 V > Vin
= 1,8 V festgestellt, so dass das Vergleichsergebnis ”0” zeigt.
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Da
das fünfte Vergleichsergebnis ”0” zeigt, wird
die Referenzspannung Vref in einem sechsten Vergleich durch einen
Zwischenwert zwischen VDD × 9/16 und VDD × 19/32,
d. h. einen Ausdruck VDD × 37/64 angegeben. In diesem Fall
wird 37/64 = 148/256 erhalten, so dass eine Referenzspannung Vref
= 1,85 V basierend auf einem Digitalwert 94H erzeugt wird. Ferner
wird Vref = 1,85 V > Vin
= 1,8 V festgestellt, so dass das Vergleichsergebnis ”0” zeigt.
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Da
das sechste Vergleichsergebnis ”0” zeigt, wird
die Referenzspannung Vref in einem siebten Vergleich durch einen
Zwischenwert zwischen VDD × 9/16 und VDD × 37/64,
d. h einen Ausdruck von VDD × 73/128 angegeben. In diesem
Fall wird 73/128 = 146/256 erhalten, so dass eine Referenzspannung Vref
= 1,825 V basierend auf einem Digitalwert 92H erzeugt wird. Ferner
wird Vref = 1,825 V > Vin
= 1,8 V festgestellt, so dass das Vergleichsergebnis ”0” zeigt.
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Da
das siebte Vergleichsergebnis ”0” zeigt, wird
die Referenzspannung Vref in dem letzten Vergleich, d. h. einem
achten Vergleich, durch einen Zwischenwert zwischen VDD × 9/16
und VDD × 73/128, d. h. einen Ausdruck von VDD × 145/256
angegeben. In diesem Fall wird 145/256 erhalten, so dass eine Referenzspannung
Vref = 1,8125 V basierend auf einem Digitalwert 91H erzeugt wird.
Ferner wird Vref = 1,8125 V > Vin
= 1,8 V festgestellt, so dass das Vergleichsergebnis ”0” zeigt.
Als ein Ergebnis wird ein als ”10010000B” in binärer
Schreibweise ausgedrückter Wert, d. h. in hexadezimaler
Schreibweise der Digitalwert 90H erhalten.
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Indes
ist 6 eine Tabelle, die einen A/D-Wandlungsprozess
gemäß einem Vergleichsbeispiel dieser exemplarischen
Ausführungsform zeigt, wenn die Stromversorgungsspannung
sinkt (VDD = 2,2 V). Spezifisch zeigt 6 einen
A/D-Wandlungsprozess, der auf der rechten Seite von 4 dargestellt
ist. In dem ersten Vergleich wird die zu erzeugende Referenzspannung
Vref, wie in dem Fall von 5, durch
VDD × 1/2 angegeben und 1/2 = 128/256 wird erhalten. Dementsprechend
wird die Referenzspannung Vref basierend auf dem Digitalwert 128
= 80H erhalten. Da in diesem Fall die Stromversorgungsspannung VDD
jedoch 2,2 V beträgt, ist die erzeugte Referenzspannung
Vref 1,1 V. Ferner wird die Referenzspannung Vref mit der analogen Eingangsspannung
Vin verglichen, und Vref = 1,1 V ≤ Vin = 1,8 V wird festgestellt,
so dass das Vergleichsergebnis ”1” zeigt.
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Da
das erste Vergleichsergebnis ”1” zeigt, wird die
Referenzspannung Vref in dem zweiten Vergleich durch einen Zwischenwert
zwischen VDD und VDD × 1/2, d. h. einen Ausdruck von VDD × 3/4
angegeben. In diesem Fall wird 3/4 = 192/256 erhalten, so dass eine
Referenzspannung Vref = 1,65 V basierend auf einem Digitalwert C0H
erzeugt wird. Ferner wird Vref = 1,65 V ≤ Vin = 1,8 V festgestellt,
so dass das Vergleichsergebnis ”1” zeigt.
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Da
das zweite Vergleichsergebnis ”1” zeigt, wird
die Referenzspannung Vref in einem dritten Vergleich durch einen
Zwischenwert zwischen VDD und VDD × 3/4, d. h. einen Ausdruck
von VDD × 7/8 angegeben. In diesem Fall wird 7/8 = 224/256
erhalten, so dass eine Referenzspannung Vref = 1,925 V basierend
auf einem Digitalwert E0H erzeugt wird. Ferner wird Vref = 1,925
V > Vin = 1,8 V festgestellt,
so dass das Vergleichsergebnis ”0” zeigt.
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Da
das dritte Vergleichsergebnis ”0” zeigt, wird
die Referenzspannung Vref in dem vierten Beispiel durch einen Zwischenwert
zwischen VDD × 3/4 und VDD × 7/8, d. h. einen
Ausdruck von VDD × 13/16 angegeben. In diesem Fall wird
13/16 = 208/256 erhalten, so dass eine Referenzspannung Vref = 1,7875
V basierend auf einem Digitalwert von D0H erzeugt wird. Ferner wird
Vref = 1,7875 V ≤ Vin = 1,8 V festgestellt, so dass das
Vergleichsergebnis ”1” zeigt.
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Da
das vierte Vergleichsergebnis ”1” zeigt, wird
die Referenzspannung Vref in dem fünften Vergleich durch
einen Zwischenwert zwischen VDD × 13/16 und VDD × 7/8,
d. h. einen Ausdruck von VDD × 27/32 angegeben. In diesem
Fall wird 27/32 = 216/256 erhalten, so dass eine Referenzspannung Vref
= 1,8563 V basierend auf einem Digitalwert von D8H erzeugt wird.
Ferner wird Vref = 1,8563 V > Vin =
1,8 V festgestellt, so dass das Vergleichsergebnis ”0” zeigt.
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Da
das fünfte Vergleichsergebnis ”0” zeigt, wird
die Referenzspannung Vref in dem sechsten Vergleich durch einen
Zwischenwert zwischen VDD × 13/16 und VDD × 27/32,
d. h. einen Ausdruck VDD × 53/64 angegeben. In diesem Fall
wird 53/64 = 212/256 erhalten, so dass eine Referenzspannung Vref
= 1,8219 V basierend auf einem Digitalwert D4H erzeugt wird. Ferner
wird Vref = 1,8219 V > Vin
= 1,8 V festgestellt, so dass das Vergleichsergebnis ”0” zeigt.
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Da
das sechste Vergleichsergebnis ”0” zeigt, wird
die Referenzspannung Vref in dem siebten Vergleich durch einen Zwischenwert
zwischen VDD × 13/16 und VDD × 53/64, d. h. einen
Ausdruck von VDD × 105/128 angegeben. In diesem Fall wird 105/128
= 210/256 erhalten, so dass eine Referenzspannung Vref = 1,8047
V basierend auf einem Digitalwert D2H erzeugt wird. Ferner wird
Vref = 1,8047 V > Vin
= 1,8 V festgestellt, so dass das Vergleichsergebnis ”0” zeigt.
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Da
das siebte Vergleichsergebnis ”0” zeigt, wird
die Referenzspannung Vref in dem letzten Vergleich, d. h. dem achten
Vergleich, durch einen Zwischenwert zwischen VDD × 13/16
und VDD × 105/128, d. h. einen Ausdruck von VDD × 209/256 angegeben.
In diesem Fall wird 209/256 erhalten, so dass eine Referenzspannung
Vref = 1,7961 V basierend auf einem Digitalwert D1H erzeugt wird.
Ferner wird Vref = 1,7961 V > Vin
= 1,8 V festgestellt, so dass das Vergleichsergebnis ”1” zeigt.
Als ein Ergebnis wird ein in binärer Schreibweise als ”11010001B” ausgedrückter
Wert, d. h. in hexadezimaler Schreibweise der Digitalwert D1H erhalten.
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Wie
oben unter Bezugnahme auf die 5 und 6 beschrieben
wurde, variiert auch die erzeugte Referenzspannung Vref, wenn die
Stromversorgungsspannung VDD variiert. Infolgedessen zeigen die
A/D-Wandlungsergebnisse für die gleiche analoge Eingangsspannung
Vin unterschiedliche Werte.
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7 ist
ein Konzeptdiagramm, das das Korrekturverfahren gemäß dieser
exemplarischen Ausführungsform zeigt. Wie in 4 zeigt
die linke Seite von 7 den Fall, in dem die Stromversorgungsspannung
VDD 3,2 V beträgt, was eine normale Spannung darstellt,
und die rechte Seite von 7 zeigt den Fall, in dem die
Stromversorgungsspannung VDD auf 2,2 V sinkt. Wie oben unter Bezugnahme
auf 3 beschrieben ist, wird in dieser exemplarischen
Ausführungsform die Standardspannung Vstd, die unabhängig
von der Variation der Stromversorgungsspannung VDD konstant bleibt,
zuerst der A/D-Wandlung unterzogen.
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Bezug
nehmend auf 7 wird unter der Annahme, dass
die Standardspannung Vstd zum Beispiel 1,0 V (Vstd = 1,0 V) beträgt,
wenn die Stromversorgungsspannung VDD 3,2 V ist, was eine normale Spannung
darstellt, das Wandlungsergebnis durch 1,0/3,2 × 256 =
80, d. h. 50H in hexadezimaler Schreibweise dargestellt. Wenn die
Stromversorgungsspannung VDD auf 2,2 V sinkt, wird das Wandlungsergebnis
indes durch 1,0/2,2 × 256 = 116, d. h. 74H in hexadezimaler
Schreibweise dargestellt. Hier sind die A/D-Wandlungsprozesse ähnlich
wie diejenigen der 5 und 6, so dass
die Beschreibung derselben weggelassen wurde. Das A/D-Wandlungsergebnis
74H der Standardspannung Vstd wird in dem Standardspannungs-Wandlungsergebnisregister 107 gespeichert.
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Wie
ausführlich unter Bezugnahme auf die 5 und 6 beschrieben
und wie in 7 gezeigt ist, wird eine typische
A/D-Wandlung, selbst wenn die Stromversorgungsspannung VDD variiert, immer
von der gleichen Position gestartet, nämlich 80H. Wie gezielt
in 7 gezeigt ist, beträgt die Referenzspannung
Vref, wenn die Stromversorgungsspannung VDD 3,2 V beträgt,
was eine normale Spannung ist, zu Begin der Wandlung, d. h. beim ersten
Vergleich, 1,6 V. Wenn die Stromversorgungsspannung VDD auf 2,2
V sinkt, beträgt die in dem ersten Vergleich erhaltene
Referenzspannung Vref in der typischen A/D-Wandlung indes 1,1 V.
Selbst wenn in dieser exemplarischen Ausführungsform die Stromversorgungsspannung
VDD auf 2,2 V sinkt, wird eine Korrekturoperation durchgeführt,
so dass die in dem ersten Vergleich erhaltene Referenzspannung Vref
1,6 V wird, was gleich der bei der normalen Stromversorgungsspannung
VDD erhaltenen Spannung ist. In diesem Fall wird das in dem Standardspannungs-Wandlungsergebnisregister 107 gespeicherte
A/D-Wandlungsergebnis der Standardspannung Vstd verwendet.
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Hierbei
ist ein allgemeiner Ausdruck zum Korrigieren einer Wandlungsstartposition
wie folgt: (korrigierte Wandlungsstartposition) = (Vstd Wandlungsergebnis) × (normaler
Wandlungsstart Vref)/Vstd.
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In
einer in 7 gezeigten exemplarischen Ausführungsform
beträgt das A/D-Wandlungsergebnis 74H bei einer Standardspannung
Vstd von 1,0 V 116 (74H = 116) und der normale Wandlungsstart Vref
ist 1,6 V (Vref = 1,6 V). Dementsprechend wird die korrigierte Wandlungsstartposition
durch 116 × 1,6/1,0 = 185, d. h. BAH in hexadezimaler Schreibweise
dargestellt. Aufgrund des Digitalwerts kann die Referenzspannung
Vref von 1,6 V erzeugt werden, die in dem ersten Vergleich erhalten
wird und die gleich der bei der normalen Stromversorgungsspannung
VDD erhaltenen Spannung ist.
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8 ist
eine Tabelle, die einen A/D-Wandlungsprozess gemäß dieser
exemplarischen Ausführungsform zeigt, wenn die Stromversorgungsspannung
sinkt (VDD = 2,2 V). Wie in den Fällen der 5 und 6 beträgt
die analoge Eingangsspannung Vin 1,8 V (Vin = 1,8 V). Wie in 9 gezeigt
ist, wird in dem ersten Vergleich die zu erzeugende Referenzspannung
Vref durch einen Ausdruck von (Wandlungsstartposition) × VDD/256
angegeben. In diesem Fall wird, wie oben beschrieben, eine Referenzspannung
Vref = 1,5984 V basierend auf der Wandlungsstartposition von 185,6
erzeugt, d. h. BAH. Ferner wird die Referenzspannung Vref mit der
analogen Eingangsspannung Vin verglichen, und Vref = 1,5984 V ≤ Vin
= 1,8 V wird festgestellt, so dass das Vergleichsergebnis ”1” zeigt.
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Da
das erste Vergleichsergebnis ”1” zeigt, wird die
Position der Referenzspannung Vref in dem zweiten Vergleich durch
einen Zwischenwert zwischen der Wandlungsstartposition und (Wandlungsstartposition) × 2
angegeben, d. h. (Wandlungsstartposition) × 3/2. In diesem
Fall (Wandlungsstartposition) × 3/2 = 185,6 × 3/2
= 278,4, so dass ein Digitalwert 116H erhalten wird. Der Digitalwert übersteigt eine
obere 8-Bit Grenze von FFH. Aus diesem Grund wird eine Referenzspannung
Vref = 2,2 V basierend auf FFH erzeugt. In diesem Fall wird Vref
= 2,2 V > Vin = 1,8
V festgestellt, so dass das Vergleichsergebnis ”0” zeigt.
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Da
das zweite Vergleichsergebnis ”0” zeigt, wird
die Referenzspannung Vref in dem dritten Vergleich durch einen Zwischenwert
zwischen der Wandlungsstartposition und (Wandlungsstartposition) × 3/2
angegeben, d. h. (Wandlungsstartposition) × 5/4. In diesem
Fall wird (Wandlungsstartposition) × 5/4 = 185,6 × 5/4
= 232 erhalten, so dass eine Referenzspannung Vref = 1,9938 V basierend
auf einem Digitalwert E8H erhalten wird. Ferner wird Vref = 1,9938
V > Vin = 1,8 V festgestellt,
so dass das Vergleichsergebnis ”0” zeigt.
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Da
das dritte Vergleichsergebnis ”0” zeigt, wird
die Referenzspannung Vref in dem vierten Vergleich durch einen Zwischenwert
zwischen der Wandlungsstartposition und (Wandlungsstartposition) × 5/4
angegeben, d. h. (Wandlungsstartposition) × 9/8. In diesem
Fall wird (Wandlungsstartposition) × 5/4 = 185,6 × 9/8
= 208,0 erhalten, so dass eine Referenzspannung Vref = 1,7961 V
basierend auf einem Digitalwert D1H erhalten wird. Ferner wird Vref
= 1,7961 V ≤ Vin = 1,8 V festgestellt, so dass das Vergleichsergebnis ”1” zeigt.
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Da
das vierte Vergleichsergebnis ”1” zeigt, wird
die Referenzspannung Vref in dem fünften Vergleich durch
einen Zwischenwert zwischen (Wandlungsstartposition) × 9/8
und (Wandlungsstartposition) × 5/4 angegeben, d. h. (Wandlungsstartposition) × 19/16.
In diesem Fall wird (Wandlungsstartposition) × 19/16 =
185,6 × 19/16 = 220,4 erhalten, so dass eine Referenzspannung
Vref = 1,8906 V basierend auf einem Digitalwert DCH erhalten wird.
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Ferner
wird Vref = 1,8906 V > Vin
= 1,8 V festgestellt, so dass das Vergleichsergebnis ”0” zeigt.
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Da
das fünfte Vergleichsergebnis ”0” zeigt, wird
die Referenzspannung Vref in dem sechsten Vergleich durch einen
Zwischenwert zwischen (Wandlungsstartposition) × 9/8 und
(Wandlungsstartposition) × 19/16 angegeben, d. h. (Wandlungsstartposition) × 37/32.
In diesem Fall wird (Wandlungsstartposition) × 37/32 =
185,6 × 37/32 = 214,6 erhalten, so dass eine Referenzspannung
Vref = 1,8477 V basierend auf einem Digitalwert D7H erhalten wird. Ferner
wird Vref = 1,8477 V > Vin
= 1,8 V festgestellt, so dass das Vergleichsergebnis ”0” zeigt.
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Da
das sechste Vergleichsergebnis ”0” zeigt, wird
die Referenzspannung Vref in dem siebten Vergleich durch einen Zwischenwert
zwischen (Wandlungsstartposition) × 9/8 und (Wandlungsstartposition) × 37/32
angegeben, d. h. (Wandlungsstartposition) × 73/64. In diesem
Fall wird (Wandlungsstartposition) × 73/64 = 185,6 × 73/64
= 211,7 erhalten, so dass eine Referenzspannung Vref = 1,8219 V
basierend auf dem Digitalwert D4H erhalten wird. Ferner wird Vref
= 1,8219 V > Vin =
1,8 V festgestellt, so dass das Vergleichsergebnis ”0” zeigt.
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Da
das siebte Vergleichsergebnis ”0” zeigt, wird
die Referenzspannung Vref in dem letzten Vergleich, d. h. dem achten
Vergleich, durch einen Zwischenwert zwischen (Wandlungsstartposition) × 9/8 und
(Wandlungsstartposition) × 73/64 angegeben, d. h. (Wandlungsstartposition) × 145/128.
In diesem Fall wird (Wandlungsstartposition) × 145/128
= 185,6 × 145/128 = 210,25 erhalten, so dass eine Referenzspannung
Vref = 1,8047 V basierend auf dem Digitalwert D2H erhalten wird.
Ferner wird Vref = 1,8047 V > Vin
= 1,8 V festgestellt, so dass das Vergleichsergebnis ”0
zeigt. Als ein Ergebnis wird ein in binärer Schreibweise
als ”10010000B” ausgedrückter Wert, d.
h. in hexadezimaler Schreibweise der Digitalwert 90H erhalten. Das
heißt, das A/D-Wandlungsergebnis gleich dem bei der normalen
Stromversorgungsspannung VDD von 3,2 V erhaltenen Ergebnis kann erhalten
werden.
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Wie
oben beschrieben ist, wird bei dem A/D-Wandler gemäß dieser
exemplarischen Ausführungsform, selbst wenn die Stromversorgungsspannung
VDD variiert, die Referenzspannung Vref gleich der bei der normalen
Stromversorgungsspannung VDD erhaltenen Spannung durch die Verwendung des
A/D-Wandlungsergebnisses der Standardspannung Vstd erzeugt. Mit
anderen Worten wird ein Korrekturprozess unter Verwendung des A/D-Wandlungsergebnisses
der Standardspannung Vstd durchgeführt, so dass die Referenzspannung
Vref gleich der bei der normalen Stromversorgungsspannung VDD erhaltenen
Spannung wird. Die analoge Eingangsspannung Vin wird mit der Referenzspannung
Vref verglichen, die gleich der bei der normalen Stromversorgungsspannung
VDD erhaltenen Spannung ist, wodurch es ermöglicht wird,
das gleiche A/D-Wandlungsergebnis wie das bei der normalen Stromversorgungsspannung
VDD erhaltene Ergebnis zu erhalten. Mit anderen Worten, die analoge
Eingangsspannung Vin kann A/D-Wandlung in akkurater Weise unterzogen
werden. Darüber hinaus ist der A/D-Wandler gemäß dieser
exemplarischen Ausführungsform für Echtzeitsteuerung
geeignet, da das A/D-Wandlungsergebnis direkt für eine
Steueroperation verwendet werden kann.
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Während
die Erfindung hinsichtlich mehrerer exemplarischer Ausführungsformen
beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, dass die Erfindung
mit zahlreichen Modifikationen innerhalb des Geistes und Umfangs
der anliegenden Patentansprüche praktiziert werden kann,
und die Erfindung nicht auf die hier im Vorhergehenden beschriebenen Beispiele
begrenzt ist.
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Ferner
ist der Umfang der Patentansprüche nicht durch die im Vorhergehenden
beschriebenen exemplarischen Ausführungsformen begrenzt.
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Außerdem
wird festgestellt, dass der Anmelder beabsichtigt, Äquivalente
aller Anspruchselemente einzuschließen, selbst wenn diese
während der Weiterverfolgung geändert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste
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keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2009-119670 [0001]
- - JP 2005-26830 [0004, 0005, 0006, 0006, 0007, 0007, 0021, 0022]