JP5150471B2 - Ad変換装置の補正方法、ad変換装置、無線機 - Google Patents
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Description
このため、初段のプリアンプに対してオフセットの補正を行い、AD変化の分解能が劣化するのを抑制する方法が提案されている。(例えば、非特許文献1参照)。
"A 1-V 1.25-GS/S 8-Bit Self-Calibrated Flash ADC in 90-nm Digital CMOS",IEEE TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS-II:EXPRESS BRIEFS, JULY 2008,VOL.55, NO.7, p.668-672.
上記に鑑み、本発明は、プリアンプのオフセット電圧の補正に必要な電圧が従来よりも低いAD変換装置の補正方法、AD変換装置および無線機を提供することを目的とする。
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係るAD変換装置1の構成の一例を示した図である。第1の実施形態に係るAD変換装置1は、インターポレーション技術を用いた並列型AD変換装置である。
プリアンプ12の入力端a1、b1(以下、単に入力a1、b1と称する)には、それぞれ端子A、Bが接続される。プリアンプ12の入力a1、b1には、それぞれを電源Vccに短絡するスイッチ11b、11cおよびプリアンプ12の入力a1、b1を短絡するスイッチ11aが接続される。プリアンプ12の出力端c1、d1(以下、単に出力c1、d1と称する)は、プリアンプ32の入力端a3、b3(以下、単に入力a3、b3と称する)と接続される。また、プリアンプ32の入力a3、b3には、それぞれを短絡するスイッチ31aが接続される。
第2のAD変換部の構成は、第1の変換部の構成と略同じである。すなわち、プリアンプ22、42およびコンパレータ61は、それぞれプリアンプ12、32およびコンパレータ62に対応する。スイッチ21aないし21cおよびスイッチ41aは、スイッチ11aないし11cおよび31aに対応する。レジスタ24、44およびDAC23、43は、それぞれレジスタ14、34およびDAC13、33に対応する。
なお、プリアンプ22の入力a2、b2が、それぞれ端子C、Dと接続されている点およびコンパレータ62の出力が端子Fと接続されている点が、第1のAD変換部と異なる。
プリアンプ52の入力端a5、b5(以下、単に入力a5、b5と称する)は、それぞれ抵抗R1、R2および抵抗R3、R4を介して、プリアンプ12の出力a1、b1およびプリアンプ22の出力a2、b2と接続される。プリアンプ52の出力端c5、d5(以下、単に出力c5、d5と称する)は、コンパレータ63の入力と接続される。コンパレータ63の出力は、端子Gおよびレジスタ54の入力と接続される。レジスタ54の出力は、電流出力型DA変換器であるDAC53の入力と接続される。DAC53の出力は、プリアンプ52の出力c5、d5と接続される。すなわち、コンパレータ63の出力結果は、プリアンプ52の出力c5、d5にフィードバックされる。なお、抗R1、R2および抵抗R3、R4は、それぞれ第1および第2の生成部を構成する。
初めに、第1にAD変換部の動作について説明する。
端子AないしDには、それぞれアナログ信号の正信号(非反転信号)、負信号(反転信号)が入力される。なお、端子AないしDに入力されるアナログ信号は、それぞれ第1ないし第4の電圧信号を構成する。
プリアンプ52は、抵抗R1、R2との接続点および抵抗R3、R4との接続点での中間の電圧信号(補間信号)を増幅する。プリアンプ52の増幅利得はAとする。なお、抵抗R1ないしR4の抵抗値は、プリアンプ12、22、32、42および52の負荷抵抗の抵抗値より十分大きい値であるとする。このため、抵抗R1ないしR4を流れる電流は、プリアンプ12、22、32、42および52を流れる電流に比べて十分に小さく無視できる。
図2は、プリアンプ32、DAC33の構成の一例を示した図である。
プリアンプ32は、電流源Iと2つのトランジスタTra、Trbからなる差動対および負荷抵抗Ra、Rbで構成される。負荷抵抗Ra、Rbの抵抗値はRとする。
図3は、レジスタ34の構成の一例を示した図である。レジスタ34は、D型フリップフロップ(以下、FFと称する)Q1ないしQNを具備する(Nは、正の整数)。FFQNは、最上位ビットに対応する。FFQ1は、最下位ビットに対応する。
図4は、コンパレータ61の構成の一例を示した図である。端子Hには、制御信号生成部72から制御信号が入力される。端子Hに制御信号が入力されると、コンパレータ61は、プリアンプ32からの出力c3、d3の電圧を比較する。
図5は、オフセット電圧の補正について説明するための図である。図5は、プリアンプ12、22、32、42および52の正入力(非反転入力)と負入力(反転入力)とを接続し、同電位にした場合におけるプリアンプ12、22、32、42、52の出力オフセット電圧Voff1ないしVoff5およびコンパレータ61、62、63の端子AないしDにおける入力換算オフセット電圧Voff11ないしVoff13を図示している。
V1=Voff3+Voff11…(1)
V2=Voff3+Voff11+IR…(2)
また、プリアンプ22、プリアンプ42およびプリアンプ52の出力オフセット電圧についても同様の動作により低減できる。
次に、この第1の実施形態に係るAD変換装置1の動作について説明する。
図6は、第1の実施形態に係るAD変換装置1の動作を示したフローチャートである。
スイッチ制御部71は、スイッチ11aないし11cをオンする。同様に、スイッチ制御部71は、スイッチ21aないし21c、スイッチ31aおよびスイッチ41aをそれぞれオンする。制御信号生成部72は、レジスタ34、44および54へリセット信号を入力する(ステップS11)。
なお、プリアンプ32、42および52の出力オフセット電圧の補正は、プリアンプ32、42および52を並列的に行っても良く(パラレル処理)、所定の順序でひとつずつ行っても良い(シリアル処理)。また、プリアンプ12および22の出力オフセット電圧の補正についても同様である。
第1の実施形態では、電流値をバイナリに重みづけしたN個の電流源INないしI1を用いて、オフセット電圧を補正する実施形態について説明した。第1の実施形態では、最下位(LBS)ビットに対応する電流値Iと各プリアンプが具備する負荷抵抗の抵抗値Rとを乗算した電圧IR以下の電圧については補正されないため残留オフセット電圧が存在する。
初めに、図6で説明したS11ないしS22の動作(以下、第1の補正動作と称する)を終了させる。このとき、コンパレータ61からみた端子A、Bにおける入力換算オフセット電圧V3は、Voff1rがプリアンプ12で増幅され、Voff3rがプリアンプ12およびプリアンプ32で増幅されることから以下の(3)式で表わされる。
V3=(Voff1r/A)+(Voff3r/A2)…(3)
V4=AVoff1r+Voff3r…(4)
V5=Voff3r_2/A2…(5)
次に動作について説明する
図8は、第2の実施形態に係るAD変換装置2の動作を示したフローチャートである。
なお、第1の実施形態と同様に、プリアンプ32、42および52の出力オフセット電圧の補正は、プリアンプ32、42および52を並列的に行っても良く(パラレル処理)、所定の順序でひとつずつ行っても良い(シリアル処理)。
図9は、第3の実施形態に係るAD変換装置3の構成を示した図である。第1、第2の実施形態では、DAC13、23、33、43および53の制御に、レジスタ14、24、34、44および54を用いた。この第3の実施形態に係るAD変換装置3では、DAC13、23、33、43および53の制御に、カウンタ14A、24A、34A、44Aおよび54Aを用いた実施形態について説明する。
なお、その他の構成要素については、図1で説明したので同一の構成要素に同一の符号を付して重複した説明を省略する。
V6=Voff3+Voff11+2(N−1)IR…(6)
図10は、第4の実施形態に係る無線機4の構成図である。
無線機4は、アンテナ81(受信部)、増幅部82、周波数変換部83、フィルタ84、利得可変増幅部85、AD変換装置1、86およびデジタル信号処理回路87(復調部)を具備する。
図11は、参考例に係るAD変換装置5の構成の一例を示した図である。なお、図1と同一の構成要素には同一の符号を付して重複した説明を省略する。
V7=AVoff1+Voff3+Voff11…(7)
このオフセット電圧Voff2+(Voff4+Voff12)/Aをプリアンプ22の出力で補正するには、プリアンプ22の出力に電圧−Voff2+(Voff4+Voff12)/Aを発生させればよい。
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
Claims (10)
- 第1および第2の電圧信号を増幅する第1の増幅部と、前記第1の増幅部で増幅された第1および第2の電圧信号を増幅する第2の増幅部と、前記第2の増幅部で増幅された第1および第2の電圧信号を比較する比較部とを備えたAD変換装置の補正方法であって、
前記第2の増幅部の入力端を短絡するステップと、
前記比較部へ入力される第1および第2の電圧信号を比較するステップと、
前記比較部での比較結果に応じて、前記第2の増幅部の出力電圧を補正するステップと、
前記第1の増幅部の入力端を短絡するステップと、
前記第2の増幅部の入力端の短絡を開放するステップと、
前記比較部へ入力される第1および第2の電圧信号を比較するステップと、
前記比較部での比較結果に応じて、前記第1の増幅部の出力電圧を補正するステップと、
を具備するAD変換装置の補正方法。 - 前記比較部へ入力される第1および第2の電圧信号を比較するステップと、
前記比較部での比較結果に応じて、前記第2の増幅部の出力電圧を補正するステップと
をさらに具備する請求項1に記載のAD変換装置の補正方法。 - 第1および第2の電圧信号を増幅する第1の増幅部と、前記第1の増幅部で増幅された第1および第2の電圧信号を増幅する第2の増幅部と、前記第2の増幅部で増幅された第1および第2の電圧信号を比較する第1の比較部と、第3および第4の電圧信号を増幅する第3の増幅部と、前記第3の増幅部で増幅された第3および第4の電圧信号を増幅する第4の増幅部と、前記第4の増幅部で増幅された第3および第4の電圧信号を比較する第2の比較部と、前記第1および第3の増幅部で増幅された第1および第3の電圧信号の中間の電圧信号を生成する第1の生成部と、前記第1および第3の増幅部で増幅された第2および第4の電圧信号の中間の電圧信号を生成する第2の生成部と、前記第1および第2の生成部で生成された中間の電圧信号を増幅する第5の増幅部と、前記第5の増幅部で増幅された中間の電圧信号を比較する第3の比較部とを備えたAD変換装置の補正方法であって、
前記第2および第4の増幅部の入力端を短絡するステップと、
前記第1の比較部へ入力される第1および第2の電圧信号を比較するステップと、
前記第2の比較部へ入力される第3および第4の電圧信号を比較するステップと、
前記第3の比較部へ入力される中間の電圧信号を比較するステップと、
前記第1ないし3の比較部での比較結果に応じて、それぞれ前記第2、第4および第5の増幅部の出力電圧を補正するステップと、
前記第1および第3の増幅部の入力端を短絡するステップと、
前記第2および第4の増幅部の入力端の短絡を開放するステップと、
前記第1の比較部へ入力される第1および第2の電圧信号を比較するステップと、
前記第2の比較部へ入力される第3および第4の電圧信号を比較するステップと、
前記第1および第2の比較部での比較結果に応じて、それぞれ前記第1および第3の増幅部の出力電圧を補正するステップと
を具備するAD変換装置の補正方法。 - 前記第1の比較部へ入力される第1および第2の電圧信号を比較するステップと、
前記第2の比較部へ入力される第3および第4の電圧信号を比較するステップと、
前記第3の比較部へ入力される中間の電圧信号を比較するステップと、
前記第1ないし第3の比較部での比較結果に応じて、それぞれ前記第2、第4および第5の増幅部の出力電圧を補正するステップと
をさらに具備する請求項3に記載のAD変換装置の補正方法。 - 第1および第2の電圧信号を増幅する第1の増幅部と、
前記第1の増幅部で増幅された第1および第2の電圧信号を増幅する第2の増幅部と、
前記第2の増幅部で増幅された第1および第2の電圧信号を比較する第1の比較部と、
前記第1の増幅部の入力端を短絡する第1のスイッチと、
前記第2の増幅部の入力端を短絡する第2のスイッチと、
前記第2のスイッチを閉じた状態で、前記第1の比較部の比較結果に応じて、前記第2の増幅部の出力電圧を補正する第1の補正部と、
前記第1のスイッチを閉じ、かつ前記第2のスイッチを開いた状態で、前記第1の比較部の比較結果に応じて、前記第1の増幅部の出力電圧を補正する第2の補正部と
を具備するAD変換装置。 - 第3および第4の電圧信号を増幅する第3の増幅部と、
前記第3の増幅部で増幅された第3および第4の電圧信号を増幅する第4の増幅部と、
前記第4の増幅部で増幅された第3および第4の電圧信号を比較する第2の比較部と、
前記第3の増幅部の入力端を短絡する第3のスイッチと、
前記第4の増幅部の入力端を短絡する第4のスイッチと、
前記第1および第3の増幅部で増幅された第1および第3の電圧信号の中間の電圧信号を生成する第1の生成部と、
前記第1および第3の増幅部で増幅された第2および第4の電圧信号の中間の電圧信号を生成する第2の生成部と、
前記第1および第2の生成部で生成された中間の電圧信号を増幅する第5の増幅部と、
前記第5の増幅部で増幅された中間の電圧信号を比較する第3の比較部と
前記第4のスイッチを閉じた状態で、前記第2の比較部の比較結果に応じて、前記第4の増幅部の出力電圧を補正する第3の補正部と、
前記第3のスイッチを閉じ、かつ前記第4のスイッチを開いた状態で、前記第2の比較部の比較結果に応じて、前記第3の増幅部の出力電圧を補正する第4の補正部と、
前記第2および第4のスイッチを閉じた状態で、前記第3の比較部の比較結果に応じて、前記第5の増幅部の出力電圧を補正する第5の補正部と
をさらに具備する請求項5に記載のAD変換装置。 - 前記第1ないし第5の補正部は、
前記第1ないし第5の増幅部の出力へそれぞれ電流を供給する第1ないし第5の電流供給部と、
前記第1ないし第3の比較部での比較結果に応じて、前記第1ないし第5の電流供給部をそれぞれ制御する第1ないし第5の制御部と
を具備することを特徴とする請求項5または請求項6に記載のAD変換装置。 - 前記第1ないし第5の電流供給部は、電流値を2の乗数で重みづけされた複数の電流源からなることを特徴とする請求項7に記載のAD変換装置。
- 前記第1ないし第5の制御部は、レジスタ回路またはカウンタ回路であることを特徴とする請求項7または請求項8に記載のAD変換装置。
- 無線信号を受信する受信部と、
前記受信部で受信した無線信号を第1および第2の電圧信号からなるベースバンド信号に変換する変換部と、
前記変換部で変換した第1および第2の電圧信号を増幅する第1の増幅部と、
前記第1の増幅部で増幅された第1および第2の電圧信号を増幅する第2の増幅部と、
前記第2の増幅部で増幅された第1および第2の電圧信号を比較してデジタル信号を生成する比較部と、
前記第1の増幅部の入力端を短絡する第1のスイッチと、
前記第2の増幅部の入力端を短絡する第2のスイッチと、
前記第2のスイッチを閉じた状態で、前記比較部の比較結果に応じて、前記第2の増幅部の出力電圧を補正する第1の補正部と、
前記第1のスイッチを閉じ、かつ前記第2のスイッチを開いた状態で、前記比較部の比較結果に応じて、前記第1の増幅部の出力電圧を補正する第2の補正部と、
前記第1の比較部からのデジタル信号を復調する信号処理部と
を具備する無線機。
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