JP2000299638A - 参照電圧回路およびa/d変換器 - Google Patents

参照電圧回路およびa/d変換器

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JP2000299638A
JP2000299638A JP10625299A JP10625299A JP2000299638A JP 2000299638 A JP2000299638 A JP 2000299638A JP 10625299 A JP10625299 A JP 10625299A JP 10625299 A JP10625299 A JP 10625299A JP 2000299638 A JP2000299638 A JP 2000299638A
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Japan
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reference voltage
converter
circuit
voltage circuit
linear
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JP10625299A
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English (en)
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Daisuke Nomasaki
大輔 野間▲さき▼
Kenji Murata
健治 村田
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 A/D変換器に固有の特性劣化がある場合、
参照電圧が線形であると、この特性劣化がA/D変換器
の積分非直線性誤差として顕著に表れる。 【解決手段】 直列に接続された複数の基準抵抗1〜4
から構成される基準抵抗列8と、基準抵抗列8の一方の
端に接続された第一の基準電圧源5と、基準抵抗列8の
他方の端に接続された第二の基準電圧源6を有し、基準
抵抗列8の抵抗には少なくとも異なる抵抗値を含む。こ
の参照電圧回路の構成によって、参照電圧の間隔が不均
等になり、非線形な参照電圧を生成することができる。
またこの参照電圧回路をA/D変換器に用いることによ
り、A/D変換器固有の特性劣化を吸収し、線形な入出
力特性が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、参照電圧回路およ
びそれを用いて構成するA/D変換器に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】最初に従来の参照電圧回路の構成につい
て説明する。図5は参照電圧回路の構成を示す回路図で
あり、図5に示すように、抵抗値の等しい複数の基準抵
抗15が直列に接続され、一方の端は基準電圧源5に、
他方の端は基準電圧源6に接続されている。また複数の
基準抵抗15のそれぞれの両端は取り出し電極7に接続
されている。ここでは複数の基準抵抗15により基準抵
抗列16が構成されている。
【0003】次に、以上のように構成された参照電圧回
路の動作について説明する。図6は複数の取り出し電極
7から出力される参照電圧の出力特性を示しており、複
数の基準抵抗15の抵抗値はすべて等しいので、図6に
示すように基準電圧源5の電圧である上位基準電圧Vre
fhと基準電圧源6の電圧である下位基準電圧Vreflの間
で複数の参照電圧を等間隔に生成する。基準抵抗列16
がm個の基準抵抗15で構成されている場合、下位基準
電圧Vreflから見て出力レベルnの参照電圧Vnは(数
1)で表すことができる。(数1)から分かるように、
前記参照電圧回路は線形な参照電圧Vnを生成する。以
上に述べた参照電圧回路はA/D変換器に用いられ、ア
ナログ入力をデジタル化する際に参照電圧を供給する役
割がある。
【0004】
【数1】
【0005】次に参照電圧回路が用いられたA/D変換
器の回路構成について説明する。
【0006】図7は参照電圧回路を用いたA/D変換器
の回路図である。図7において、複数の基準抵抗15が
直列に接続され、一方の端は基準電圧源5に、他方の端
は基準電圧源6に接続されている。また基準抵抗15の
両端は取り出し電極7に接続されている。複数の比較器
9の一方の入力はそれぞれが異なる取り出し電極7に接
続され、他方はすべてがアナログ入力電圧源10に接続
されている。符号選択回路および符号化回路11の入力
は複数の比較器9の出力に接続され、出力は取り出し電
極12に接続されている。ここで複数の基準抵抗15と
基準電圧源5および6は参照電圧回路17を構成し、複
数の比較器9と符号選択回路および符号化回路11はA
/D変換器14を構成する。
【0007】次に以上のように構成された参照電圧回路
を用いたA/D変換器の動作を説明する。図7におい
て、A/D変換器14はアナログ入力源10のアナログ
入力電圧と参照電圧回路17から生成される複数の参照
電圧を複数の比較器9で比較する。符号選択回路および
符号化回路11はこれら複数の比較結果からアナログ入
力電圧に最も近い参照電圧を選択し、その参照電圧をデ
ジタル値に符号化して取り出し電極12から出力する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
参照電圧回路においては線形な参照電圧を生成するため
に、従来の参照電圧回路をA/D変換器に用いると、A
/D変換器に固有の特性劣化がある場合、その特性劣化
がA/D変換器の積分非直線性誤差(以下このような誤
差をINLと呼ぶ)として顕著に表れるという問題点が
ある。
【0009】図8(a)は前記参照電圧回路を用いたA
/D変換器の入出力特性、図8(b)はこの時のINL
を表している。図8(a)において、デジタル出力が予
想される値と異なり、しかもアナログ入力のレベルによ
ってそのずれΔl、ΔmおよびΔhが一定でないために、
A/D変換器固有の特性が表記のような非線形の入出力
特性になる場合、図8(b)のようにINLとしてその
特性劣化が顕著に表れる。
【0010】従って、本発明の目的は、参照電圧の間隔
が不均等になり、従って非線形な参照電圧を生成する参
照電圧回路を提供することにある。
【0011】また本発明の他の目的は、A/D変換器固
有の特性劣化を吸収し、線形な入出力特性が得られるA
/D変換器を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記の問題を解決するた
めに、本発明の参照電圧回路は、基準抵抗が複数個直列
接続された基準抵抗列と、前記基準抵抗列の一方の端に
接続された第一の基準電圧源と、前記基準抵抗列の他方
の端に接続された第二の基準電圧源を有し、前記複数の
基準抵抗それぞれの両端を参照電圧として生成する参照
電圧回路であって、前記基準抵抗列の抵抗には少なくと
も異なる抵抗値を含み、参照電圧を異なる間隔で生成す
ることにより、非線形な参照電圧を得るものである。こ
の参照電圧回路の構成によって、参照電圧の間隔が不均
等になり、従って非線形な参照電圧を生成することがで
きる。
【0013】また上述した参照電圧回路をA/D変換器
に用いることにより、A/D変換器固有の特性劣化を吸
収し、線形な入出力特性が得られる。
【0014】
【発明の実施の形態】図1は本発明の参照電圧回路が1
5本の参照電圧を生成する場合の回路図を示している。
図1から分かるように、4つの基準抵抗1(R1)が直
列に接続され、一方の端が基準電圧(第一の基準電圧
源)5に接続され、他方の端が直列接続された4つの基
準抵抗2(R2)の一方の端に接続されている。直列接
続された4つの基準抵抗2の他方の端は直列接続された
4つの基準抵抗3(R3)の一方の端に接続されてい
る。同様に直列接続された4つの基準抵抗3の他方の端
は直列接続された4つの基準抵抗4(R4)の一方の端
に接続されている。直列接続された4つの基準抵抗4の
他方の端は基準電圧源(第二の基準電圧源)6に接続さ
れている。また、基準抵抗1、2、3および4の両端は
すべて取り出し電極7に接続されている。ここではそれ
ぞれ4個ずつの基準抵抗1、2、3および4により基準
抵抗列8を構成する。また抵抗値はR1>R2>R3>
R4の関係にある。
【0015】図2は複数の取り出し電極7から出力され
る参照電圧の出力特性図である。本発明の参照電圧回路
は非線形な参照電圧を生成する。つまり、基準抵抗1、
2、3および4の抵抗値に4種類の重みを付けてあるの
で、図2に示すように基準電圧源5の電圧である上位基
準電圧Vrefhと基準電圧源6の電圧である下位基準電圧
Vreflの間で、複数の参照電圧を4種類の異なる間隔で
生成する。
【0016】基準抵抗列8はR1、R2、R3およびR
4の4種類の基準抵抗1、2、3および4を4個ずつ直
列接続して構成されているので、本実施の形態の参照電
圧回路の出力特性は、傾き4としてR4/4(R1+R
2+R3+R4)×(Vrefh−Vrefl)、傾き3として
R3/4(R1+R2+R3+R4)×(Vrefh−Vre
fl)、傾き2としてR2/4(R1+R2+R3+R
4)×(Vrefh−Vrefl)および傾き1としてR1/4
(R1+R2+R3+R4)×(Vrefh−Vrefl)の4
種類の異なる傾きを持った直線が連なる折れ線で表わさ
れる。
【0017】なお、本実施の形態では基準抵抗列8を4
種類の基準抵抗1、2、3および4で構成し、15本の
参照電圧を生成する場合について説明したが、例えば、
基準抵抗列の抵抗値の全て又は少なくとも一部を昇順又
は降順に異なる様に設定して非線形な出力特性を実現す
るなど、抵抗の種類および生成する参照電圧の数は任意
の構成が可能であり、従って、参照電圧回路の出力特性
も任意の形状の非線形な特性が実現可能である。
【0018】次に図1の参照電圧回路を用いたA/D変
換器の回路構成について説明する。
【0019】図3は参照電圧回路を用いたA/D変換器
が4ビットのデジタル出力を行う場合の回路図である。
図3において、4つの基準抵抗1(R1)は直列に接続
され、一方の端が基準電圧6に接続され、他方の端が直
列接続された4つの基準抵抗2(R2)の一方の端に接
続されている。直列接続された4つの基準抵抗2の他方
の端は直列接続された4つの基準抵抗3(R3)の一方
の端に接続されている。同様に直列接続された4つの基
準抵抗3の他方の端は直列接続された4つの基準抵抗4
(R4)の一方の端に接続されている。直列接続された
4つの基準抵抗4の他方の端は基準電圧源6に接続され
ている。また、基準抵抗1、2、3および4の両端は取
り出し電極7に接続されている。
【0020】ここではそれぞれ4個ずつの基準抵抗1、
2、3および4と基準電圧源6および7により参照電圧
回路13を構成する。図3におけるA/D変換器14お
よびアナログ入力源10は図7に表記の従来例の構成と
同じである。
【0021】次に以上のように構成された参照電圧回路
を用いたA/D変換器の動作について説明する。図3に
おいて、A/D変換器14はアナログ入力源10のアナ
ログ入力電圧と参照電圧回路13から生成される複数の
参照電圧を複数の比較器9で比較する。符号選択回路お
よび符号化回路11はこれら複数の比較結果からアナロ
グ入力電圧に最も近い参照電圧を選択し、その参照電圧
をデジタル値に符号化して取り出し電極12から出力す
る。ここで、A/D変換器に固有の特性劣化がある場合
でも、A/D変換器固有の劣化した入出力特性を打ち消
すような参照電圧が与えられているので、システム全体
としてのA/D変換器の入出力特性は線形になる。
【0022】図4(a)は参照電圧回路を用いたA/D
変換器の入出力特性、図4(b)はこの時のINLを表
している。A/D変換器に固有の特性劣化があり、図4
(a)のような非線形な入出力特性を持つ場合でも、こ
れを打ち消す逆向きの非線形な出力特性の参照電圧が与
えられているので、図4(b)のように良好なINLが
得られる。
【0023】なお、本実施の形態では参照電圧回路を用
いたA/D変換器が4ビットのデジタル出力をする場合
を例に挙げたが、デジタル出力のビット数は任意の構成
が可能であり、任意のビット数で線形な入出力特性を持
つA/D変換器が実現できる。
【0024】また、本実施の形態ではA/D変換器固有
の劣化した特性が図8(a)のような弓状の入出力特性
の場合に対して説明をしたが、同様に、デジタル出力が
予想される値と異なり、しかもアナログ入力のレベルに
よってそのずれが一定でないために、固有の特性が非線
形になるA/D変換器であれば、この非線形特性を吸収
して線形な入出力特性を持つA/D変換器を実現するた
めに、A/D変換器固有の非線形特性を吸収するような
出力特性を有する参照電圧回路13を構成すれば良いの
で、A/D変換器の入出力特性の形状によらず本発明は
有効である。
【0025】
【発明の効果】本発明の参照電圧回路の構成によれば、
参照電圧の間隔が不均等になり、従って非線形な参照電
圧を生成することができる。
【0026】また本発明の参照電圧回路をA/D変換器
に用いることにより、A/D変換器固有の特性劣化を吸
収し、線形な入出力特性が得られ、INLが良好なA/
D変換器を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の参照電圧回路を表す回路図
【図2】図1の参照電圧回路の出力特性を説明するため
の図
【図3】本発明の参照電圧回路を用いたA/D変換器を
表す図
【図4】図3のA/D変換器がもたらす作用を説明する
ための図
【図5】従来の参照電圧回路を表す回路図
【図6】従来の参照電圧回路の出力特性を説明するため
の図
【図7】従来の参照電圧回路を用いたA/D変換器を表
す図
【図8】図7のA/D変換器に生じる課題を説明するた
めの図
【符号の説明】
1〜4,15 基準抵抗 5,6 基準電圧源 7,12 取り出し電極 8,16 基準抵抗列 9 比較器 10 アナログ入力源 11 符号選択回路および符号化回路 13,17 参照電圧回路 14 A/D変換器

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基準抵抗が複数個直列接続された基準抵
    抗列と、前記基準抵抗列の一方の端に接続された第一の
    基準電圧源と、前記基準抵抗列の他方の端に接続された
    第二の基準電圧源を有し、前記複数の基準抵抗それぞれ
    の両端を参照電圧として生成する参照電圧回路であっ
    て、 前記基準抵抗列の抵抗には少なくとも異なる抵抗値を含
    み、参照電圧を異なる間隔で生成することにより、非線
    形な参照電圧を得る参照電圧回路。
  2. 【請求項2】 参照電圧回路と、前記参照電圧回路の複
    数の参照電圧のうち一つが一方の入力端子に接続され、
    他方の入力端子がすべてアナログ信号源に接続された複
    数の比較器と、前記複数の比較の出力端子を入力端子に
    接続する符号選択回路および符号化回路とを備えたA/
    D変換器であって、 前記参照電圧回路は、非線形な参照電圧を出力すること
    により、A/D変換器固有の特性劣化を吸収して線形な
    入出力特性を実現するA/D変換器。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1493232A1 (en) * 2002-04-05 2005-01-05 Ess Technology, Inc. Differential input flash analog to digital converter
JP2012023540A (ja) * 2010-07-14 2012-02-02 Asahi Kasei Electronics Co Ltd マルチビットデルタシグマ変調器及びadコンバータ

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