JPH0286329A - Ad変換器 - Google Patents

Ad変換器

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JPH0286329A
JPH0286329A JP23921288A JP23921288A JPH0286329A JP H0286329 A JPH0286329 A JP H0286329A JP 23921288 A JP23921288 A JP 23921288A JP 23921288 A JP23921288 A JP 23921288A JP H0286329 A JPH0286329 A JP H0286329A
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clock
power
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Kazuo Ogasawara
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はAD変換器に関し、特に半導体集積回路技術を
用いて大規模な制御回路(例えば4ビツトや8ビツトの
マイクロコンピュータ等)と同一基板に集積化したAD
変換器に関する。
〔従来の技術〕
従来このような大規模な制御回路とAD変換器を同一基
板に集積化した例として、例えば8人力マルチプレクサ
を持ち逐次比較方式を採用したAD変換器が実現されて
いる。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述した従来のAD変換器と大規模な制御回路を同一基
板上に集積回路として実現するのに際し、プロセス技術
の進歩に伴ない、動作クロックの高速化が促進されるの
で、制御回路から発生する雑音が多くなるため変換精度
が低下しやすい。
どのような雑音が発生するかの一例としててY、Tsi
vidisらによる“DBSIGN OF MOS V
LSI CIRCUITS FORT−ELECOMM
UNICATIONS”Prentice−Hall 
1nc、1985pp321−324にて説明がなされ
ている。その要旨をまとめると、8ビツトの出力バッフ
ァが同時に動作した場合、約25mAの電流が流れ、リ
ードインダクタンスが50nHとすると電源線に250
mVの雑音が発生することが開示されている。
このように、同一基板上に発生する雑音は、プロセスの
ファイン化によるMOS)ランジスタやバイポーラトラ
ンジスタの駆動能力を向上させるためより増大する。ま
た内部ゲートの高速化を計ることは、その駆動能力を向
上することになり、負荷容量の充放電に伴う雑音が増大
することになる。
従来この電源雑音に対する対策として、1)電源配線を
制御回路(マイクロコンピュータ)とAD変換器と別々
に行ない相互干渉を防ぐ方法。
2)基板電位・ウェル電位を低インピーダンスで終端し
、雑音の誘導を防ぐ方法。
3)使用する回路構成に全差動型を用い、電源雑音に対
し抑圧度の高い回路構成とする方法。
などが考えられていた。
しかしながら、集積度の増大と動作速度の高速化を目的
としたクロック速度の高速化やトランジスタの駆動能力
の増大は雑音の発生をより増大させる傾向にある。さら
にAD変換器の高精度化要求は従来にも増して電源雑音
による精度劣化を生じさせるケースが多く発生すること
になる。
〔課題を解決するための手段〕
本発明のAD変換器は、同一半導体基板上に制御回路を
有し、制御回路を動作させるためのクロック端子と、制
御回路をリセットするためのリセット端子と、制御回路
の中にあってAD変換器を動作させるためのクロックに
おいて遅延量を可変できるクロック供給回路と、リセッ
ト端子からのリセット信号によ゛り設定されるリセット
期間においてAD変換器の入力をある一定の電位に固定
し、AD変換器の帯域内雑音電力を観測しながらAD変
換器の動作クロック遅延量を変化させてAD変換器の誤
差が最小となるクロック遅延量を記憶する回路と、リセ
ット期間終了後には記憶されたクロック遅延量でAD変
換器を動作させるクロック供給回路と、アナログ信号を
入力するアナログ入力端子と、ディジタル信号の入力お
よび出力に用いられるディジタル入出力端子、ディジタ
ル入力端子およびディジタル出力端子を有する。
すなわち、本発明では従来の対策に加えて、システムの
リセット期間(外部リセット信号から動作開始まで、又
は電源投入から動作開始まで)においてAD変換器の帯
域内雑音電力を最小とするクロック遅延を検出し、その
クロック遅延量を用いたクロックをAD変換器に供給す
る追加゛機能を付加している。
〔実施例〕
、次に、本発明について図面を参照して説明する。
第1図は本発明の第1の実施例のプロ、り回路説明図で
ある。複数のアナログ信号はアナログ入力端子1から入
力され制御回路8に内蔵されたマルチプレクサ(図示せ
ず)で選択されAD変換器9に導かれる。AD変換器9
はクロック供給回路7からのクロックによりAD変換動
作を開始し、所定の期間を経て変換を完了しその結果で
あるディジタル信号を制御回路8へ送出する。
なおこの例においてはディジタル信号の取扱いは全て並
列(例えば8ビツトのAD変換器であれば8本のバズ構
成とする)で説明しであるが、これは処理の高速化を考
えてのことであり、余り速度の必要としない応用ではシ
リアル信号形式としてディジタル信号線を削減してもよ
い。
制御回路8にはディジタル入出力端子2、ディジタル出
力端子3やディジタル入力端子4が設けられており、デ
ータの転送、外部メモリとの結合に用いられる。
クロック端子6は動作クロックの入力である。
またクロック発生回路を制御回路8に内蔵されている場
合は、外付部品である水晶発振子、セラミック発振子や
抵抗・容量の取付端子として機能し通常は2個の端子が
必要となる。
リセット端子5はリセット信号の入力端子である。リセ
ット信号が入力されると、リセット期間と呼ばれるシー
ケンスを通って通常動作を開始する。
第1のリセット期間は各レジスタや論理回路のイニシャ
ライズ期間であり比較的短期間で終了する。この期間は
各々のレジスタや論理回路の初期化を確実に実行するた
めのものである。
第2のリセット期間はAD変換器10の入力をある一定
の電位(例えば接地電位等)へ接続する。
この方法としてはアナログ信号の入カマルチブレフサに
余分なチャネルを用意しておき、第2のリセット時間の
時に余分なチャネルを選択し、余分なチャネルの片側を
例えば接地電位に接続すれば容易に実現できる。
第3のリセット期間は制御回路8からクロック供給回路
9を制御してAD変換器10にAD変換動作を実行させ
ることである。このとき供給するクロックは遅延量を制
御する。例えば第2図の如き回路が考えられる。クロッ
クは入力21に印加され、インバータ2段で構成された
遅延回路23を4個設け、入力21と各遅延回路23の
出力にそれぞれトランスファゲート24を介して接続し
て出力22から取り出すクロック遅延回路が考えられる
。例えばインバータ1段の遅延量が2nsであればOn
s、4ns、8ns、12ns。
16nsの遅延量が選択可能である。
このようなりロック遅延回路を用い制御回路8からトラ
ンスファゲート24を制御することにより、AD変換器
10は5通りの遅延量でAD変換することができる。こ
のときのAD変換結果を制御回路内にそれぞれの遅延量
毎に記憶する。
第4のリセット期間は第3のリセット期間の判定を行う
。第3のリセット期間で記憶したAD変換出力を制御回
路8において例えばFFT処理を行ない帯域内雑音電力
が最小となったクロック遅延量を決定する。このクロッ
ク遅延量を決定し記憶することにより、AD変換器10
はディジタル雑音とAD変換器のサンプリング周波数で
折り返された雑音の所望の帯域内における雑音が最も少
ないクロックタイミングで動作することになる。
このようにAD変換器のサンプリング周波数とクロック
雑音により折り返される雑音電力の帯域内雑音電力が最
小となるようにクロック遅延回路の遅延量を決めること
が可能となり、AD変換器の実効的な信号対雑音比(S
/N比)の向上が計れることになる。この第3のリセッ
ト期間における制御回路8の動作はテストモードとして
制御回路8が通常モードの動作で良く用いられるモード
を用いて、実際動作のエミュレーションをかねることも
可能であり、制御回路8を工夫することによりAD変換
器の実効的信号対雑音比を向上することも可能である。
第5のリセット期間は通常の動作と重複する。
すなわち、アナログ入力のマルチプレクサは制御回路8
から制御し、クロック供給回路の遅延量は制御回路8に
記憶された値に設定されることになる。
このようなリセット期間中に帯域内雑音電力を最小とす
るクロック遅延量を求めて記憶することにより、システ
ムクロック雑音に対して最適なりロック遅延でAD変換
器を動作させることができる。
リセット信号としては外部からの強制リセット信号と共
に電源検出回路を用いることも応用上重要である。電源
検出回路の一例を第3図に示す。
電源検出回路は抵抗33と容量34からなる時定数回路
を電源端子31と接地端子32の間に設はインバータ3
5の出力36を取出すものである。
この構成とすることにより電源投入時にインバータ35
の出力36は一定期間(抵抗と容量の時定数とインバー
タのしきい値で決まる時間)Hレベルを出力した後Lレ
ベルとなる。この電源検出回路と外部リセット信号を論
理和をとりリセット端子に入力することで、外部リセッ
ト信号と電源投入時の両方共リセット期間を介して通常
動作を開始させることが可能である。
なお、説明でAD変換器10は8ビツト、クロック遅延
回路は4段で行なった後、分解能は何ビットでも良く、
遅延量も何段でも可能でありシステムクロック周波数と
インバータ2段当りの遅延量から段数を決定すればよい
第4図は本発明の第2の実施例のブ四ツク回路説明図で
ある。第4図において第1図と同一個所には同じ番号を
用いて説明を省略しである。
第4図は制御回路41により外部信号とのインターフェ
ースを持つAD−DA変換器43を破線で示している。
クロック供給回路42からは第1の実施例と同様なリセ
ット期間のシーケンスを通って、帯域内雑音電力を最小
とする遅延量を最適化したクロックが供給される。
AD変換器43は中速度で中精度に適した逐次比較方式
を用いた一例である。逐次比較方式はDA変換器46と
比較器44およびレジスタ45から構成される。この逐
次比較するDA変換器46をAD変換動作しない時にD
A変換器として利用したものである。AD変換とDA変
換をマルチプレックスするためにマルチプレクサ47に
よりAD変換時のレジスタからDA変換器46を動作さ
せるか、制御回路41からのディジタル信号によりDA
変換器46を動作させるのか切替える。
DA変換器の出力も同様にマルチプレクサ48により、
AD変換時は比較器44に接続し、DA変換時には制御
回路42に接続する。
クロック供給回路からはAD変換、DA変換の制御も含
んだ信号を供給する必要があり、通常AD変換とDA変
換の優先順位は動作が1回で完了するDA変換を優先に
することが多い。このようにAD変換動作中にDA変換
が開始される時はAD変換の途中結果はレジスタ45に
保持されており、DA変換終了後に再度AD変換を途中
から開始するのが動作速度を保つ上で好的な構成である
このように逐次比較方式ではAD変換用のDA変換器4
6を用いてDA変換動作が実現できるので集積度の向上
が期待できる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明は、リセット信号または電
源投入時に、AD変換器の帯域内雑音電力が最小となる
クロック遅延量を検出・記憶するリセット期間を経由し
て通常動作を開始するため、大規模な制御回路から生じ
る電源雑音の影響を最小とし、サンプリング周期とクロ
ック周期のビート性雑音に対しても影響を最小とし、イ
ンパルス性雑音に対する感度を抑えた精度の優れたAD
変換器が実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例のブロック回路図、第2
図はクロック遅延回路図、第3図は電源検出回路図、第
4図は本発明の第2の実施例のブロック回路図である。 1・・・・・・アナログ入力端子、2・・・・・・ディ
ジタル入出力端子、3・・・・・・ディジタル出力端子
、4・・・・・・ディジタル入力端子、5・・・・・・
リセット端子、6・・・・・クロック端子、8,41・
・・・・・制御回路、7゜42・・・・・・クロック供
給回路、9,43・・・・・・AD変換器、21・・・
・・・入力、22.36・・・・・・出力、23・・・
・・・遅延回路、24・・・・・・トランスファゲート
、31・・・・・・電源端子、32・・・・・・接地端
子、33・・・・・・抵抗、34・・・・・・容量、3
5・・・・・・インバータ、44・・・・・・比較器、
45・・・・・レジスタ、46・・・・・・DA変換器
、47.48・・・・・・マルチプレクサ、49・・・
・・・アナログ出力端子。 翁1図 代理人 弁理士  内 原   晋 月z図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 帯域内出力雑音電力が最小となる遅延量を記憶する手段
    と、この手段に記憶された遅延量でクロック信号を遅延
    する手段とを有し、その遅延されたクロックでAD変換
    動作を行なうことを特徴とするAD変換器。
JP63239212A 1988-09-22 1988-09-22 Ad変換器 Expired - Lifetime JP2952876B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111431533A (zh) * 2020-04-26 2020-07-17 杭州电子科技大学富阳电子信息研究院有限公司 一种高速lvds接口adc数据与时钟同步的方法

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JPS60113532A (ja) * 1983-11-24 1985-06-20 Sharp Corp Adコンバ−タ

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CN111431533B (zh) * 2020-04-26 2023-06-16 杭州电子科技大学富阳电子信息研究院有限公司 一种高速lvds接口adc数据与时钟同步的方法

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