專利名稱：模數(shù)轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及模數(shù)轉(zhuǎn)換器，特別涉及流水線型以及循環(huán)型的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
近年來，在移動電話等的便攜式設(shè)備中逐漸具備圖像攝影功能、圖像 再生功能、動態(tài)圖像攝影功能以及動態(tài)圖像再生功能等各種附加功能。與 此同時，對模數(shù)轉(zhuǎn)換器(以下稱為"AD轉(zhuǎn)換器")的小型化和節(jié)能化的 要求越來越高。作為這種AD轉(zhuǎn)換器的種類，眾所周知，有構(gòu)成循環(huán)型的 循環(huán)AD轉(zhuǎn)換器(例如，參照專利文獻(xiàn)l)。在專利文獻(xiàn)l中，公開了包 括循環(huán)型的轉(zhuǎn)換部分的2個級構(gòu)成的AD轉(zhuǎn)換器。在專利文獻(xiàn)l中，公開 了包括循環(huán)型的轉(zhuǎn)換部分的2個級構(gòu)成的流水線型的AD轉(zhuǎn)換器。
在上述專利文獻(xiàn)l的第l圖中表示的AD轉(zhuǎn)換器的第1級上，設(shè)置與 由并列型A/D轉(zhuǎn)換器AD1以及D/A轉(zhuǎn)換器DA1構(gòu)成的系統(tǒng)并列的采樣 保持電路S/H1。將該電路的模擬輸入信號由該采樣保持電路S/H1保持規(guī) 定的期間。
但是，由于在采樣保持電路的構(gòu)成要素中包括運算放大器，所以在低 電壓時存在采樣保持電路的輸出電壓范圍變窄的趨勢。在低電壓時起因于 采樣保持電路的輸出電壓范圍變窄的失真等的特性劣化變大，存在惡化 AD轉(zhuǎn)換器整體特性的問題。與此對應(yīng)，如果去掉采樣保持電路，那么存 在由于該時序的差異而使AD轉(zhuǎn)換電路的輸入信號電壓值和基準(zhǔn)電壓值之 間的比較期間變短，放大電路的放大期間變短的問題。如果放大電路的放 大期間變短，那么存在不能確保建立時間(settlingtime)的問題。專利文獻(xiàn)1:特開平4一26229號公報。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是鑒于上述的狀況而作出的，其目的在于，在包括分時共用
的AD轉(zhuǎn)換部分的模數(shù)轉(zhuǎn)換器中，對應(yīng)其它的構(gòu)成元件的動作時序的變化， 也可充分確保用于AD轉(zhuǎn)換處理的比較期間。
本發(fā)明另一目的在于，在流水線型以及循環(huán)型的AD轉(zhuǎn)換器中使低電 壓時的特性提高。
本發(fā)明的方案， 一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器，該模數(shù)轉(zhuǎn)換器具有AD轉(zhuǎn)換電路， 其將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換為規(guī)定位數(shù)的數(shù)字值；和輸入切換電路，其在構(gòu) 成AD轉(zhuǎn)換電路的電壓比較元件中，切換模擬信號的電壓值和規(guī)定的參考 電壓值并輸入，所述輸入切換電路，根據(jù)其它構(gòu)成元件的動作時序切換模 擬信號的電壓值和參考電壓值。
而且，以上構(gòu)成要素的任意組合，或本發(fā)明的構(gòu)成要素或表現(xiàn)在方法、 裝置、系統(tǒng)等之間互相置換而成的方案，作為本發(fā)明的方案也是有效的。


圖1是用于說明本發(fā)明第1實施方式的AD轉(zhuǎn)換器的基本概念的部分 電路圖。
圖2是表示圖1的AD轉(zhuǎn)換器的動作例的時序圖。
圖3是表示圖1的AD轉(zhuǎn)換器的比較動作例的時序圖。
圖4是表示第1實施方式的實施例中的AD轉(zhuǎn)換器的構(gòu)成圖。
圖5是表示第1實施方式的輸入切換電路的第1構(gòu)成例的圖。
圖6是表示第1實施方式的輸入切換電路的第1構(gòu)成例的控制信號的圖。
圖7是表示第1實施方式中的輸入控制電路的第2構(gòu)成例的圖。
圖8是表示第1實施方式的輸入切換電路的第2構(gòu)成例的控制信號的圖。
圖9是表示第1實施方式的實施例中的AD轉(zhuǎn)換器的動作的時序圖。 圖10是表示第2實施方式的第2實施例中的AD轉(zhuǎn)換器的構(gòu)成圖。圖11是表示第2實施方式的減法放大電路的構(gòu)成圖。
圖12是表示第2實施方式中的減法放大電路的動作的時序圖。
圖13是表示第2實施方式的第1實施例的AD轉(zhuǎn)換器的第1動作例
的時序圖。
圖14是表示第2實施方式的第2實施例的AD轉(zhuǎn)換器的第2動作例 的時序圖。
圖15是表示第2實施方式的第2實施例的AD轉(zhuǎn)換器的構(gòu)成的圖。 圖16是表示第2實施方式的第2實施例的AD轉(zhuǎn)換器的動作例的時 序圖。
圖17是表示第3實施方式的1步放大的基本構(gòu)成的圖。 圖18是表示在圖17中所示的電路的第3實施方式的動作例的時序圖。 圖19是表示在圖17中所示的電路的第3實施方式的比較動作例的時
序圖
圖20是表示第3實施方式的2步放大的基本構(gòu)成的圖。 圖21是表示在圖20中所示電路的第3實施方式的動作例的時序圖。 圖22是表示第3實施方式的第1實施例的AD轉(zhuǎn)換器的構(gòu)成圖。 圖23是表示第3實施方式的第1實施例的AD轉(zhuǎn)換器的動作過程的 時序圖。
圖24是表示第3實施方式的第1實施例的AD轉(zhuǎn)換器的比較例的動
作過程的時序圖。
圖25是表示第3實施方式的AD轉(zhuǎn)換器的構(gòu)成圖。
圖26是表示第3實施方式的第2實施例中的AD轉(zhuǎn)換器的動作過程
的時序圖。
圖27是表示第3實施方式的第2實施例中的AD轉(zhuǎn)換器的比較例的 動作過程的時序圖。
圖28是表示第3實施方式的第3實施例中的AD轉(zhuǎn)換器的構(gòu)成圖。
具體實施例方式
(第1實施方式)首先，以下說明第1實施方式的代表方案。第1實施方式的一個方案 是一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器。該模數(shù)轉(zhuǎn)換器具有AD轉(zhuǎn)換電路，其將輸入的模擬
信號轉(zhuǎn)換為規(guī)定位數(shù)的數(shù)字值；和輸入切換電路，其在構(gòu)成AD轉(zhuǎn)換電路 的電壓比較元件中，切換模擬信號的電壓值和規(guī)定的參考電壓值并輸入。 該輸入切換電路，根據(jù)其它構(gòu)成元件的動作時序切換模擬信號的電壓值和 參考電壓值。
根據(jù)本方案，輸入到AD轉(zhuǎn)換電路中的電壓，通常并不按照輸入電壓 值、參考電壓值的次序，也可按照其相反的輸入次序進(jìn)行。通過根據(jù)其它 的構(gòu)成元件的動作時序例如根據(jù)輸入電壓值的采樣次序等而分別應(yīng)用這 些輸入次序，可確保構(gòu)成AD轉(zhuǎn)換電路的電壓比較元件的比較期間。由此， 各構(gòu)成元件進(jìn)行規(guī)則的動作，時鐘信號的生成也變得容易。
第1實施方式的另一方案也還是一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器。該模數(shù)轉(zhuǎn)換器具有 AD轉(zhuǎn)換電路，其將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換為規(guī)定位數(shù)的數(shù)字值；DA轉(zhuǎn)換 電路，其將AD轉(zhuǎn)換電路的輸出轉(zhuǎn)換為模擬信號；減法電路，其從輸入模 擬信號減去DA轉(zhuǎn)換電路的輸出模擬信號；放大電路，其將減法電路的輸 出放大；以及輸入切換電路，其在構(gòu)成AD轉(zhuǎn)換電路的電壓比較元件中， 切換輸入模擬信號的電壓值和規(guī)定的參考電壓值并輸入。輸入切換電路， 根據(jù)其它構(gòu)成元件的動作時序切換模擬信號的電壓值和參考電壓值。
根據(jù)本方案，輸入到AD轉(zhuǎn)換電路中的電壓，通常并不按照輸入電壓 值、參考電壓值的次序，也可按照其相反的輸入次序進(jìn)行。通過根據(jù)放大 電路的動作時序，即自動調(diào)零期間和放大期間的次序等而分別使用這些輸 入次序，可確保構(gòu)成AD轉(zhuǎn)換電路的電壓比較元件的比較期間。此外，也 可確保放大電路的放大期間。由此，各構(gòu)成元件可進(jìn)行規(guī)則的動作，時鐘 信號的生成也變得容易。
第1實施方式的另一方案也還是一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器。該模數(shù)轉(zhuǎn)換器具有 AD轉(zhuǎn)換電路，其將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換為規(guī)定位數(shù)的數(shù)字值；DA轉(zhuǎn)換 電路，其將AD轉(zhuǎn)換電路的輸出轉(zhuǎn)換為模擬信號；減法電路，其從輸入的 模擬信號減去DA轉(zhuǎn)換電路的輸出模擬信號；放大電路，其將減法電路的 輸出放大；以及輸入切換電路，其在構(gòu)成AD轉(zhuǎn)換電路的電壓比較元件中， 切換輸入模擬信號的電壓值和規(guī)定的參考電壓值并輸入；采樣電路，其被設(shè)置在輸入和減法電路之間，對輸入模擬信號進(jìn)行采樣；以及開關(guān)，其將 輸入和減法電路之間的路徑切換到直接路徑和采樣經(jīng)過路徑中的任一個 上。輸入切換電路，在開關(guān)選擇直接路徑的期間，先輸入?yún)⒖茧妷褐?，?輸入模擬信號的電壓值。
根據(jù)本方案，在構(gòu)成AD轉(zhuǎn)換電路的電壓比較元件中，在開關(guān)選擇直
接路徑的期間，先輸入?yún)⒖茧妷褐?，后輸入模擬信號的電壓值。由此，可 防止在已先輸入輸入模擬信號的電壓值的情況下所引起的電壓比較元件 的比較期間的縮短、放大電路的無效期間。
第1實施方式的另一方案也還是一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器。該模數(shù)轉(zhuǎn)換器是流
水線型或循環(huán)型的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，具有AD轉(zhuǎn)換電路，其將輸入的模擬信 號轉(zhuǎn)換為規(guī)定位數(shù)的數(shù)字值；DA轉(zhuǎn)換電路，其將AD轉(zhuǎn)換電路的輸出轉(zhuǎn) 換為模擬信號；減法電路，其從輸入的模擬信號減去DA轉(zhuǎn)換電路的輸出 模擬信號；放大電路，其將減法電路的輸出放大；以及輸入切換電路，其 在構(gòu)成AD轉(zhuǎn)換電路的電壓比較元件中，切換輸入模擬信號的電壓值和規(guī) 定的參考電壓值并輸入。輸入切換電路，根據(jù)放大電路的動作時序切換來 自前級的輸入信號的電壓值、來自后級反饋輸入的輸入信號的電壓值以及 參考電壓值。
根據(jù)本方案，有關(guān)在AD轉(zhuǎn)換電路中輸入的多個輸入電壓值、參考電 壓值的輸入次序，根據(jù)輸入的類型，可釆用輸入電壓值、參考電壓值的輸 入次序和與其相反的輸入次序。通過對應(yīng)放大電路的動作時序，即自動調(diào) 零期間和放大期間的次序等而分別使用這些輸入次序，可確保構(gòu)成AD轉(zhuǎn) 換電路的電壓比較元件的比較期間。此外，也可確保放大電路的放大期間。 由此，各構(gòu)成元件進(jìn)行規(guī)則的動作，時鐘信號的生成也變得容易。
輸入切換電路，也可根據(jù)放大電路的動作時序，切換來自前級的輸入 信號的電壓值、該輸入信號用的第l參考電壓值，和從后級反饋的輸入信 號的電壓值以及該輸入信號用的第2參考電壓值。由此，即使對量子化電 平不同的輸入電壓值也可對應(yīng)。
首先，對第1實施方式的基本概念進(jìn)行說明。圖1是用于說明第1實 施方式的AD轉(zhuǎn)換器的基本概念的部分電路圖。將輸入模擬信號Vin在第 1開關(guān)SW1閉合時，輸入到第1放大電路11以及AD轉(zhuǎn)換電路12中。此外，輸入模擬信號Vin，在第1開關(guān)SW1閉合時，介由該第1開關(guān)SW1
輸入到減法電路14和AD轉(zhuǎn)換電路12中。
第1放大電路11，對輸入模擬信號Vin進(jìn)行采樣，輸出到減法電路 14中。第1放大電路11的放大率為1倍，發(fā)揮作為采樣保持電路的功能。 AD轉(zhuǎn)換電路12將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，輸出規(guī)定位。將已輸出 的數(shù)字值輸入到圖中未示出的編碼器以及DA轉(zhuǎn)換電路13中。DA轉(zhuǎn)換電 路13將由AD轉(zhuǎn)換電路12轉(zhuǎn)換的數(shù)字值轉(zhuǎn)換為模擬值。減法電路14，從 介由第1開關(guān)SW1以及第1放大電路11被輸入的模擬信號中，減去DA 轉(zhuǎn)換電路13的輸出模擬信號。第2放大電路15將減法電路14的輸出模 擬信號放大到2倍，輸出到后級。第2放大電路15的放大率是任意的并 不局限于2倍。
AD轉(zhuǎn)換電路12對應(yīng)轉(zhuǎn)換的位數(shù)設(shè)置多個電壓比較元件。在該電壓比 較元件中，選擇性地輸入輸入模擬信號Vin和參考電壓Vref。該電壓比較 元件，通過比較輸入模擬信號Vin比參考電壓Vref大還是小而輸出數(shù)字值。 輸入切換電路16控制輸入模擬信號Vin以及參考電壓Vref對上述電壓比 較元件的輸入時序。
由此，在圖1的AD轉(zhuǎn)換器的減法電路14中，可輸入介由第1開關(guān) SW1的輸入模擬信號Vin以及第1放大電路11的輸出模擬信號的兩方。 在構(gòu)成第1放大電路11的運算放大器中存在輸出電壓范圍，如果進(jìn)行低 電壓化則該范圍變窄。如果不插入第1放大電路11也不產(chǎn)生信號誤差， 但是如果直接去掉，則存在時序混亂的可能性。這種電路可在試制品等中 使用，可比較設(shè)置第1放大電路11時和不設(shè)置時的兩方的特性。更具體 地說，可在測試模式或應(yīng)用模式的切換等中使用。
接著，對圖1的AD轉(zhuǎn)換器的動作例進(jìn)行說明。圖2是表示圖1的 AD轉(zhuǎn)換器的動作例的時序圖。在圖中，將第1開關(guān)SW1在時鐘信號CLK 的每一周期內(nèi)切換為導(dǎo)通或截止。在第1開關(guān)SW1截止時，時鐘信號CLK 為高電平期間，對輸入模擬信號Vin在第1放大電路11以及AD轉(zhuǎn)換電路 12中進(jìn)行采樣。輸入切換電路16選擇輸入模擬信號Vin，輸入到AD轉(zhuǎn) 換電路12中。第l放大電路ll以及AD轉(zhuǎn)換電路12在時鐘信號CLK為 高電平的期間變?yōu)樽詣诱{(diào)零狀態(tài)。自動調(diào)零期間沒有輸出。第2放大電路15放大前時鐘信號并輸出。在該期間輸入?yún)⒖茧妷篤ref。
接著，在第1開關(guān)SW1截止時，時鐘信號CLK為低電平期間，第1 放大電路11對輸入模擬信號Vin進(jìn)行采樣保持。AD轉(zhuǎn)換電路12將輸入 模擬信號Vin和參考電壓Vref進(jìn)行比較，進(jìn)行轉(zhuǎn)換動作。輸入切換電路 16選擇參考電壓Vref輸入到AD轉(zhuǎn)換電路12中。第2放大電路15為自 動調(diào)零狀態(tài)，輸入第l放大電路ll的輸出。
在第1開關(guān)SW1導(dǎo)通時，第1放大電路11被短路。時鐘信號CLK 為高電平期間，AD轉(zhuǎn)換電路12為自動調(diào)零狀態(tài)，輸入?yún)⒖茧妷篤ref。輸 入切換電路16選擇參考電壓Vref輸入到AD轉(zhuǎn)換電路12中。第2放大電 路15將在前時鐘輸入的信號放大并輸出。在該期間，輸入?yún)⒖茧妷篤ref。
接著，在第1開關(guān)SW1導(dǎo)通時，時鐘信號CLK在低電平期間，將輸 入模擬信號Vin在第2放大電路15以及AD轉(zhuǎn)換電路12中進(jìn)行采樣保持。 AD轉(zhuǎn)換電路12將參考電壓Vref和輸入模擬信號Vin進(jìn)行比較，進(jìn)行轉(zhuǎn) 換動作。輸入切換電路16選擇輸入模擬信號Vin，輸入到AD轉(zhuǎn)換電路 12中。第2放大電路15為自動調(diào)零狀態(tài)，輸入模擬信號Vin被輸入。
圖3是表示圖1的AD轉(zhuǎn)換器的比較動作例的時序圖。在圖中，第l 開關(guān)SW1在時鐘信號CLK的每一個周期內(nèi)切換為導(dǎo)通截止。第1開關(guān) SW1截止時的動作與圖2的說明相同。
在第1開關(guān)SW1導(dǎo)通時，第1放大電路11被短路。時鐘信號CLK 為高電平期間，第2放大電路15將在前一時鐘輸入的信號放大并輸出。 在該期間，輸入?yún)⒖茧妷篤ref。 AD轉(zhuǎn)換電路12為自動調(diào)零狀態(tài)，輸入模 擬信號Vin被輸入。輸入切換電路16選擇輸入模擬信號Vin輸入到AD轉(zhuǎn) 換電路12中。
接著，在第1開關(guān)SW1導(dǎo)通時，時鐘信號CLK在低電平的期間中， 在AD轉(zhuǎn)換電路12中輸入?yún)⒖茧妷篤ref，必須進(jìn)行比較動作。由于AD 轉(zhuǎn)換電路12的采樣值在向參考電壓Vref切換時確定，因此第2放大電路 15也必須在此時對輸入模擬信號Vin進(jìn)行采樣。第2放大電路15如果不 經(jīng)過自動調(diào)零狀態(tài)則不能對輸入模擬信號Vin進(jìn)行采樣，低電平的期間沒 有結(jié)束，在該期間進(jìn)行采樣。輸入切換電路16與該采樣時序配合，從輸 入模擬信號Vin切換為參考電壓Vref。 AD轉(zhuǎn)換電路12在將輸入切換為參考電壓Vref之后進(jìn)行比較動作。將第2放大電路15從已切換為該參考電 壓Vref時開始，到不開始放大、結(jié)束比較動作為止的期間作為非動作期間。
在該比較動作例中，輸入切換電路16在AD轉(zhuǎn)換電路12為自動調(diào)零 狀態(tài)時，只將輸入模擬信號Vin輸入。另一方面，在圖2的動作例中，輸 入切換電路16在AD轉(zhuǎn)換電路12為自動調(diào)零的狀態(tài)時，存在將輸入模擬 信號Vin輸入的情況和將參考電壓Vref輸入的情況。根據(jù)該不同點，圖3 的第2放大電路15在圖中的Tl期間變?yōu)闊o效。此外，AD轉(zhuǎn)換電路12 與此對應(yīng)比較時間變短。還有，需要不同周期的多個時鐘信號。另一方面， 圖2的第1放大電路11、第2放大電路15以及AD轉(zhuǎn)換電路12對第1開 關(guān)SW1進(jìn)行規(guī)則的動作。因此，時鐘生成也容易。
接著，對利用上述的基本構(gòu)成的AD轉(zhuǎn)換器的例子進(jìn)行說明。圖4是 表示實施例中的AD轉(zhuǎn)換器的構(gòu)成的圖。本實施例是由2級的循環(huán)型的 AD轉(zhuǎn)換部分構(gòu)成的流水線型的AD轉(zhuǎn)換器的例子。在第1級中轉(zhuǎn)換高4 位(D9 D6)以及最低兩位(D1 D0)，在第2級中轉(zhuǎn)換中間位數(shù)(D5 D2)。
在該AD轉(zhuǎn)換器中，輸入模擬信號Vin介由第1開關(guān)SW21輸入到第 1AD轉(zhuǎn)換電路22中。第1AD轉(zhuǎn)換電路22將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換為最大 4位的數(shù)字值，輸出到圖中未示出的編碼器以及第1DA轉(zhuǎn)換電路23中。 第IDA轉(zhuǎn)換電路23將從第1AD轉(zhuǎn)換電路22輸出的最大4位的數(shù)字值轉(zhuǎn) 換為模擬信號。
第1減法電路24從輸入模擬值中減去第IDA轉(zhuǎn)換電路23的輸出模 擬值。第2放大電路25放大第1減法電路24的輸出，介由第3開關(guān)SW23 向第3放大電路27以及第2AD轉(zhuǎn)換電路28輸出。其放大率為2倍。還 有，第1減法電路24以及第2放大電路25也可是己一體化的減法放大電 路。輸入切換電路26對兩種類的模擬信號和兩種類的參考電壓Vref進(jìn)行 切換，供給到構(gòu)成第1AD轉(zhuǎn)換電路22的電壓比較元件中。在第1AD轉(zhuǎn) 換電路22轉(zhuǎn)換高4位(D9 D6)時所供給的參考電壓Vrefl和轉(zhuǎn)換最低 兩位(D1 D0)時所供給的參考電壓Vref2之間的比為2: 1。即在轉(zhuǎn)換 為最低兩位(D1 D0)時供給l/2的參考電壓Vref2。
第2AD轉(zhuǎn)換電路28將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換位最高兩位的數(shù)字值，輸出到圖中未示出的編碼器以及第2DA轉(zhuǎn)換電路29中。第2轉(zhuǎn)換電路29 將從第2AD轉(zhuǎn)換電路28輸出的最大兩位的數(shù)字值轉(zhuǎn)換為模擬信號。
第3放大電路27將輸入的模擬信號放大到2倍輸出到第2減法電路 30中。第2減法電路30從第3放大電路27輸出的模擬值中減去從第2DA 轉(zhuǎn)換電路29輸出的模擬值。在此，將從第2DA轉(zhuǎn)換電路29輸出的模擬 值根據(jù)第3放大電路27的放大率實質(zhì)地放大到2倍。第4放大電路31將 第2減法電路30的輸出放大，介由第4開關(guān)SW24向第3放大電路27以 及第2AD轉(zhuǎn)換電路28，或介由第3開關(guān)SW23反饋到第1AD轉(zhuǎn)換電路 22。其放大率為兩倍。還有，第2減法電路30以及第3放大電路27也可 是已一體化的減法放大電路。
對輸入切換電路26的切換控制進(jìn)行說明。圖5是表示輸入切換電路 26的第1構(gòu)成例的圖。輸入切換電路26在第1AD轉(zhuǎn)換電路22的VIN輸 入端子和VREF端子上輸入4種電壓。輸入切換電路26具備4個開關(guān) SW61 SW64。 Vinl用開關(guān)SW61是用于將向VIN端子輸入的輸入模擬 信號Vinl導(dǎo)通或截止的開關(guān)，具備N0T電路61b，是邏輯反相的開關(guān)。 Vin2用開關(guān)SW62是用于將向VIN端子輸入的輸入模擬信號Vin2導(dǎo)通或 截止的開關(guān)，具備NOT電路62b，是邏輯反相的開關(guān)。Vrefl用開關(guān)SW63 是用于將向VREF端子輸入的第1參考電壓Vrefl導(dǎo)通或截止的開關(guān)，具 備NOT電路63b，是邏輯反相的開關(guān)。Vref2用開關(guān)SW64是用于將向VREF 端子輸入的第2參考電壓Vref2導(dǎo)通或截止的開關(guān)，具備NOT電路64b， 是邏輯反相的開關(guān)。
在Vinl用開關(guān)SW61上連接NAND電路61。 Vin2用開關(guān)SW62上連 接NAND電路62，在被輸入NAND電路62的信號A的端子上連接NOT 電路62c。在Vrefl用開關(guān)SW63上連接NAND電路63，在被輸入NAND 電路63的信號B的端子上連接NOT電路63c。在Vref2用開關(guān)SW64上 連接NAND電路64，在NAND電路64的兩個端子上連接NOT電路64c、 d。
圖6是表示輸入切換電路26的第1構(gòu)成例的控制信號的圖。信號A 為高電平、信號B為高電平時，只Vinl用開關(guān)SW61導(dǎo)通，將輸入模擬 信號Vinl輸入到VIN端子。信號A為高電平、信號B為低電平時，只Vrefl用開關(guān)SW63導(dǎo)通，將第1參考電壓Vrefl輸入到VREF端子中。信 號A為低電平、信號B為低電平時，只Vref2用開關(guān)SW64導(dǎo)通，將第2 參考電壓Vref2輸入到VREF端子中。信號A為低電平、信號B為高電平 時，只Vin2用開關(guān)SW62導(dǎo)通，將輸入模擬信號Vin2輸入到VIN端子中。 并且，輸入切換電路26以這種次序在第1AD轉(zhuǎn)換電路22中輸入4種電 壓。
接著，對輸入切換電路26的其它的切換控制進(jìn)行說明。該例是參考 電壓Vref為1種的情況。如果將第4放大電路31的放大率設(shè)定為4倍， 那么在轉(zhuǎn)換高4位(D9 D6)以及最低兩位(D1 D0)的情況下可使用 相同的參考電壓Vref。圖7是表示輸入切換電路26的第2構(gòu)成例的圖。 輸入切換電路26在第1AD轉(zhuǎn)換電路22的VIN輸入端子和VREF端子上 輸入3種的電壓。輸入切換電路26具備3個開關(guān)SW61 SW63。 Vinl用 開關(guān)SW61是用于將向VIN端子輸入的輸入模擬信號Vinl導(dǎo)通或截止的 開關(guān)，具備N0T電路61b，是邏輯反相的開關(guān)。Vin2用開關(guān)SW62是用 于將向VIN端子輸入的輸入模擬信號Vin2導(dǎo)通或截止的開關(guān)，具備NOT 電路62b，是邏輯反相的開關(guān)。Vref用開關(guān)SW63是用于將向VREF端子 輸入的參考電壓Vref導(dǎo)通或截止的開關(guān)，具備NOT電路63b，是邏輯反 相的開關(guān)。
在Vinl用開關(guān)SW61上連接NAND電路61 。 Vin2用開關(guān)SW62上連 接NAND電路62，在輸入NAND電路62的信號B的端子上連接NOT電 路62c。在Vref用開關(guān)SW63上輸入信號B的反轉(zhuǎn)輸出。
圖8是表示輸入轉(zhuǎn)換電路26的第2構(gòu)成例的控制信號圖。信號A為 高電平、信號B為高電平時，只Vinl用幵關(guān)SW61導(dǎo)通，將輸入模擬信 號Vinl輸入到VIN端子上。信號A為高電平、信號B為低電平時，以及 信號A為低電平、信號B為低電平時，只Vref用開關(guān)SW63導(dǎo)通，將參 考電壓Vref輸入到VREF端子上。信號A為低電平、信號B為高電平時， 只Vin2用開關(guān)SW62導(dǎo)通，將輸入模擬信號Vin2輸入到VIN端子上。并 且，輸入切換電路26以這種次序在第1AD轉(zhuǎn)換電路22中輸入3種電壓。
接著，對本實施例的AD轉(zhuǎn)換器的動作進(jìn)行說明。圖9是表示實施例 的AD轉(zhuǎn)換器的動作的時序圖。圖的高位的3個信號波形表示第1時鐘信號CLK1、第2時鐘信號CLK2以及開關(guān)信號CLKS。第2時鐘信號CLK2 的頻率是第1時鐘信號CLK1的頻率的2倍。
在第1時鐘信號CLK1從低電平到高電平的上升時，對輸入模擬信號 Vin進(jìn)行采樣。第2放大電路25，在第1時鐘信號CLK1以及第2時鐘信 號CLK2為高電平時，對輸入模擬信號Vin進(jìn)行采樣保持，在半個時鐘期 間進(jìn)行自動調(diào)零動作。從接下來的第2時鐘信號CLK2為高電平時幵始的 1個周期期間進(jìn)行放大。在該期間被輸入第1減法電路24的輸出模擬信號。
第1AD轉(zhuǎn)換電路22，在第2時鐘信號CLK2為高電平時，進(jìn)行自動 調(diào)零動作，在第2時鐘信號CLK2為低電平時，進(jìn)行轉(zhuǎn)換動作。在第2時 鐘信號CLK2的最開始的低電平時輸出數(shù)字值D9 D6，在接下來的低電 平時輸出數(shù)字值D1 D0，以下重復(fù)該過程。輸入轉(zhuǎn)換電路26，在第2時 鐘信號CLK2的最幵始的高電平時，將輸入模擬信號Vin (圖中表示Vinl) 輸入，在下來著的低電平時輸入?yún)⒖茧妷篤ref，在接下來的高電平時輸入 參考電壓Vref，在接下來的低電平時輸入第4放大電路31的輸出模擬信 號(圖中表示Vin2)。還有，在使用兩個參考電壓Vrefl、 Vref2的情況下， 按照Vinl—Vrefl—Vref2—Vin2的次序輸入。以下重復(fù)該過程。第IDA 轉(zhuǎn)換電路23在第1時鐘信號CLK1為低電平時進(jìn)行轉(zhuǎn)換動作，輸出到第1 減法電路24中，第1時鐘信號CLK1為高電平時變?yōu)椴欢顟B(tài)。
第3放大電路27，將被輸入的模擬信號在第2時鐘信號CLK2為高電 平時放大，在第2時鐘信號CLK2為低電平時，進(jìn)行自動調(diào)零動作。第4 放大電路31，在第2時鐘信號CLK2為高電平時，放大第2減法電路30 的輸出，在第2時鐘信號CLK2為高電平時，進(jìn)行自動調(diào)零動作。第2AD 轉(zhuǎn)換電路28，在第2時鐘信號CLK2為高電平時，進(jìn)行轉(zhuǎn)換動作，在第2 時鐘信號CLK2為低電平時，進(jìn)行自動調(diào)零動作。第2DA轉(zhuǎn)換電路29， 在第2時鐘信號CLK2為低電平時，進(jìn)行轉(zhuǎn)換動作，在第2時鐘信號CLK2 為高電平時，處于不定狀態(tài)。
第1開關(guān)SW21在第1時鐘信號CLK1為低電平時導(dǎo)通，在第1時鐘 信號CLK1為高電平時截止。第2開關(guān)SW22在第1時鐘信號CLK1為高 電平時導(dǎo)通，在第1時鐘信號CLK1為低電平時截止。第3開關(guān)SW23在 開關(guān)信號CLKS為高電平時導(dǎo)通，在開關(guān)信號CLKS為低電平時截止。第4開關(guān)SW24在開關(guān)信號CLKS為低電平時導(dǎo)通，在開關(guān)信號CLKS為高 電平時截止。
與此對應(yīng)，如果輸入轉(zhuǎn)換電路26按照Vinl—Vrefl—Vin2—Vref2的 次序?qū)㈦妷狠斎氲降?AD轉(zhuǎn)換電路22中，與圖3的比較動作例中表示的 內(nèi)容相同，構(gòu)成第1AD轉(zhuǎn)換電路22的電壓比較元件的比較期間變短。此 外，時鐘信號也變復(fù)雜。
根據(jù)上述的流水線處理，作為AD轉(zhuǎn)換器整體將第1時鐘信號CLK1 作為基準(zhǔn)可1周期1次輸出IO位的數(shù)字值。
以上以實施例為依據(jù)說明了第1實施方式。該實施例只是示例，在該 各構(gòu)成要素或各處理過程的組合中可有各種變形例。此外，上述的變形例 也在本實施方式的范圍內(nèi)，這點同行業(yè)普通技術(shù)人員是可理解。
在上述實施例中所記載的AD轉(zhuǎn)換電路的轉(zhuǎn)換位數(shù)和其分配、放大電 路的放大率等的參數(shù)只不過是一例，在變形例中這些參數(shù)也可以采用其它 的數(shù)值。
本實施方式在流水線型、循環(huán)型的AD轉(zhuǎn)換器中不但可適用于分時共 用的AD轉(zhuǎn)換部分，而且也適用于在流水線型、循環(huán)型以外的AD轉(zhuǎn)換器 中分時共用的AD轉(zhuǎn)換部分。
(第2實施方式)
近年來，在移動電話等的便攜式設(shè)備中逐漸具備圖像攝影功能、圖像 再生功能、動態(tài)圖像攝影功能以及動態(tài)圖像再生功能等各種附加功能。與 此同時，對模數(shù)轉(zhuǎn)換器(以下稱為"AD轉(zhuǎn)換器")的小型化和節(jié)能化的 要求越來越高。作為這種AD轉(zhuǎn)換器的種類，眾所周知，有構(gòu)成循環(huán)型的 循環(huán)AD轉(zhuǎn)換器(例如，參照專利文獻(xiàn)l)。在專利文獻(xiàn)l中，公開了包 括循環(huán)型的轉(zhuǎn)換部分的2個級構(gòu)成的AD轉(zhuǎn)換器。在專利文獻(xiàn)l中，公幵 了包括循環(huán)型的轉(zhuǎn)換部分的2個級構(gòu)成的流水線型的AD轉(zhuǎn)換器。
在上述專利文獻(xiàn)1的第1圖中表示的AD轉(zhuǎn)換器的第1級上，設(shè)置與 由并列型A/D轉(zhuǎn)換器AD1以及D/A轉(zhuǎn)換器DA1構(gòu)成的系統(tǒng)并列的采樣 保持電路S/H1。將該電路的模擬輸入信號由該采樣保持電路S/H1保持規(guī) 定的期間。
1但是，由于在采樣保持電路的構(gòu)成要素中包括運算放大器，所以在低 電壓時存在采樣保持電路的輸出電壓范圍變窄的趨勢。在低電壓時起因于 采樣保持電路的輸出電壓范圍變窄的失真等的特性劣化變大，存在AD轉(zhuǎn) 換器整體特性惡化的問題。
在第2實施方式中的概要如以下所述，第2實施方式是鑒于上述的狀
況而作出的，其目的在于，在流水線型以及循環(huán)型的AD轉(zhuǎn)換器中使低電
壓時的特性提高。
本發(fā)明第2實施方式的方案， 一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器，該模數(shù)轉(zhuǎn)換器是將輸
入模擬信號分為多次轉(zhuǎn)換為數(shù)字值的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其具有多個將輸入的模
擬信號轉(zhuǎn)換為規(guī)定位數(shù)的數(shù)字值的級；多個級內(nèi)的1個以上的級是將輸入 到本級的模擬信號由1個放大元件放大的級；該放大元件是第1減法放大 電路，其對輸入到本級的模擬信號進(jìn)行采樣保持，從該保持的模擬信號中 減去將在本級中己轉(zhuǎn)換出的數(shù)字值再轉(zhuǎn)換為模擬值的信號，并進(jìn)行放大；
多個級內(nèi)的其它的1個以上的級是將輸入到本級的模擬信號由多個放大元
件放大的級；多個放大元件內(nèi)的1個放大元件是對輸入到本級的模擬信號 采樣保持的采樣保持電路，或?qū)斎氲奖炯壍哪M信號采樣并以規(guī)定放大 率放大的放大電路；多個放大元件內(nèi)的其它的放大元件是第2減法放大電 路，其從采樣保持電路或所述放大電路的輸出模擬信號中減去在本級中已 轉(zhuǎn)換的數(shù)字值再轉(zhuǎn)換為模擬值的信號并進(jìn)行放大。
根據(jù)本方案，某級的減法放大電路對輸入進(jìn)行采樣保持，將去掉與現(xiàn) 有的AD轉(zhuǎn)換電路并聯(lián)設(shè)置的采樣保持電路之后的級混在一起，由此在該 采樣保持電路中不產(chǎn)生特性劣化，可使AD轉(zhuǎn)換器的整體的特性提高。由 于采樣保持電路使輸出范圍外的信號劣化，因此通過去掉該電路可提高低 電壓時的特性。還有，在"放大元件"中也包括以1倍的放大率放大的元 件，即采樣保持電路。
上述方案中的第1減法放大電路，為了將輸入到本級的模擬信號進(jìn)行 數(shù)字轉(zhuǎn)換而與采樣的時序同步，也可對該模擬信號直接進(jìn)行采樣。由此， 即使去掉以往設(shè)置的采樣保持電路，也可在沒有誤差的本級中減去已轉(zhuǎn)換 的部分。上述方案中的包括第1減法放大電路的級也可是初級。由此，在處理 特別大的信號的初級的釆樣保持電路中不產(chǎn)生特性劣化，可提高AD轉(zhuǎn)換 器整體的特性。
上述方案中的多個級內(nèi)的任意級也可是將本級的輸出模擬信號反饋 到本級的輸入中的循環(huán)型級。如果使循環(huán)型級混合，那么可縮小電路面積。
上述方案中的第1減法放大電路對輸入的模擬信號進(jìn)行采樣后，至少 保持到確定本級轉(zhuǎn)換的數(shù)字值向模擬值轉(zhuǎn)換之前。由此，在該減法放大電 路進(jìn)入放大期間后被輸入的由本級轉(zhuǎn)換出的數(shù)字值再轉(zhuǎn)換為模擬值的信 號與由該減法放大電路保持的采樣值不會不同，可進(jìn)行相同采樣值的減法 放大。
上述方案中的第l減法放大電路也可在比自動調(diào)零期間更長的期間內(nèi) 進(jìn)行放大。由此，通過將放大期間增長，可確保建立時間，也可進(jìn)行高倍 率的放大。
而且，以上構(gòu)成要素的任意組合，或本發(fā)明的構(gòu)成要素或表現(xiàn)在方法、 裝置、系統(tǒng)等之間互相置換而成的方案，作為本發(fā)明的方案也是有效的。
(第2實施方式的實施例1) 第2實施方式的第1實施例是下述的AD轉(zhuǎn)換器的例子通過在第1
級的AD轉(zhuǎn)換電路中轉(zhuǎn)換4位，在第2級的循環(huán)型的AD轉(zhuǎn)換電路中分兩 次每次3位進(jìn)行轉(zhuǎn)換，總計輸出10位。
圖IO表示本實施例的AD轉(zhuǎn)換器的構(gòu)成。在初始狀態(tài)，第1開關(guān)SW201 導(dǎo)通，第2開關(guān)SW202截止。在該AD轉(zhuǎn)換器中，將輸入模擬信號Vin 輸入到減法放大電路2013以及第1AD轉(zhuǎn)換電路2011中。第1AD轉(zhuǎn)換電 路2011將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，取出高4位(D9 D6) 。 AD 轉(zhuǎn)換電路2011也可采用用于高速轉(zhuǎn)換的高速(flash)型。第1AD轉(zhuǎn)換電 路2012將由第1AD轉(zhuǎn)換電路2011轉(zhuǎn)換的數(shù)字值轉(zhuǎn)換為模擬值。減法放 大電路2013與第1AD轉(zhuǎn)換電路2011的采樣時鐘同步，對輸入模擬信號 Vin進(jìn)行采樣，保持規(guī)定的期間，從所保持的模擬信號中減去第1DA轉(zhuǎn)換 電路2012的輸出模擬信號并放大到8倍。該規(guī)定的期間至少大于確定第 IDA轉(zhuǎn)換電路2012的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的期間。將介由第1開關(guān)SW201輸入的模擬信號輸入到第2放大電路2017以 及第2AD轉(zhuǎn)換電路2015中。第2AD轉(zhuǎn)換電路2015將輸入的模擬信號轉(zhuǎn) 換為數(shù)字信號，從高位取出5 7位(D8 D6)。第2DA轉(zhuǎn)換電路2016 將由第2AD轉(zhuǎn)換電路2015轉(zhuǎn)換的數(shù)字值轉(zhuǎn)換為模擬值。
第2放大電路2017將輸入的模擬信號放大到2倍，輸出到第2減法 電路2018中。第2減法電路2018從第2放大電路2017的輸出中減去第 2DA轉(zhuǎn)換電路2016的輸出。將第2DA轉(zhuǎn)換電路2016的輸出放大到2倍。
在此，對將第2DA轉(zhuǎn)換電路2016的輸出放大到2倍的方法進(jìn)行簡單 說明。在第2AD轉(zhuǎn)換電路2015以及第2DA轉(zhuǎn)換電路2016中，被供給高 電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRT和低電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRB，生成基準(zhǔn)電壓變動范圍 (range)。第2AD轉(zhuǎn)換電路2015利用該基準(zhǔn)電壓變動范圍，生成圖中未 示出的多個電壓比較元件的參考電壓。第2DA轉(zhuǎn)換電路2016，在圖中未 示出的多個設(shè)置的每一個電容上，由來自第2AD轉(zhuǎn)換電路2015的控制選 擇性地供給高電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRT和低電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRB，得到輸出 電壓。也可將第2AD轉(zhuǎn)換電路2015的基準(zhǔn)電壓變動范圍和第2DA轉(zhuǎn)換 電路2016的基準(zhǔn)電壓變動范圍之間的比設(shè)定為1: 2。
第3放大電路2019將第2減法電路2018的輸出放大到4倍。在該階 段中，第1開關(guān)SW201變?yōu)榻刂沟臓顟B(tài)，第2開關(guān)SW202變?yōu)閷?dǎo)通的狀 態(tài)。第3放大電路2019的輸出模擬信號介由第2開關(guān)SW202反饋到第2 放大電路2017以及第2AD轉(zhuǎn)換電路2015。還有，也可不用第2減法電路 2018以及第3放大電路2019而采用與第1級相同的減法放大電路。由此， 可將電路簡單化。以下，重復(fù)上述的處理，第2AD轉(zhuǎn)換電路2015從高位 取出8 10位(D2 D0)。由此，取得10位的數(shù)字值。由循環(huán)結(jié)構(gòu)取得 從高位開始的5 10位(D5 D0)。
在上述的說明中，雖然將第2放大電路2017的放大率作為2倍，第3 放大電路1209的放大率作為4倍，但是也可在將第2放大電路2017作為 采樣保持電路使用時將其放大率作為1倍、將第3放大電路2019的放大 率作為8倍。由此，也可在第2AD轉(zhuǎn)換電路2015的下一次的轉(zhuǎn)換之前為 8倍。圖11是表示由單端開關(guān)電容輸入運算放大器構(gòu)成減法放大電路2013
的情況的圖。圖12是表示減法放大電路2013的動作時序圖。在圖11中， 在運算放大器20100的反相輸入端子上連接有輸入用電容器C201，介由 Vin用開關(guān)SW2012，輸入模擬信號Vin被輸入，介由VDA用開關(guān)SW2013 輸入第IDA轉(zhuǎn)換電路2012的輸出模擬信號VDA。將運算放大器20100 的非反相輸入端子連接在自動調(diào)零電位上。將運算放大器20100的輸出端 子和反相輸入端子介由反饋用電容器C202連接。此外，在其外側(cè)連接自 動調(diào)零用開關(guān)SW2011，將運算放大器20100的輸出端子和反相輸入端子 變?yōu)榭啥搪返慕Y(jié)構(gòu)。
接著，參照圖12說明在圖11中所示的減法放大電路2013的動作。 首先，為了設(shè)定自動調(diào)零電位Vag，將自動調(diào)零用開關(guān)SW2011變?yōu)閷?dǎo)通。 在該狀態(tài)，輸入側(cè)節(jié)點N201以及輸出側(cè)節(jié)點N202均為自動調(diào)零電位。 為對輸入模擬信號Vin進(jìn)行采樣，因此使Vin用開關(guān)SW2012導(dǎo)通，使 VDA用開關(guān)SW2013截止。此時，輸入側(cè)節(jié)點N201的電荷QA如下式(A1) 所示。
QA=C201 (Vin—Vag)…(Al)
接著，由于在自動調(diào)零期間的結(jié)束時刻，對在輸入用電容器C201的 輸入端子上輸入的電壓，即對在輸入用電容器C201中所采樣的輸入模擬 信號Vin進(jìn)行保持，因此使Vin用開關(guān)SW2012截止。接著，如果確定第 IDA轉(zhuǎn)換電路2012的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，則為了使運算放大器20100假設(shè)接地而 放大，使自動調(diào)零用開關(guān)SW2011截止。在此之后，為了減去第1DA轉(zhuǎn) 換電路2012的輸出模擬信號VDA，使VDA用開關(guān)SW2013導(dǎo)通。此時， 輸入側(cè)節(jié)點N201的電荷QB如下式(A2)所示。
QB = C201 (VDA—Vag) +C202 (Vout—Vag)…(A2)
由于在輸入側(cè)節(jié)點N201上沒有輸出電荷的路徑，因此根據(jù)電荷存儲 原理QA二QB，下式(A3)成立。
Vout=C201/C202 (Vin—VDA)十Vag…(A3)
因此，該單端開關(guān)電容輸入運算放大器，如果將自動調(diào)零電位Vag作 為理想的接地電位，那么可將輸入模擬信號Vin和第IDA轉(zhuǎn)換電路2012 的輸出模擬信號VDA之間的差分，根據(jù)輸入用電容器C201和反饋用電容器C202的電容值之比進(jìn)行放大。當(dāng)然即使自動調(diào)零電位Vag不為接地電 位，也可得到其近似值。還有，雖然已說明了單端開關(guān)電容輸入運算放大 器的例子，但是當(dāng)然也可能由全差動方式的單端開關(guān)電容輸入運算放大器 構(gòu)成。
圖13是表示第2實施方式的第1實施例中的AD轉(zhuǎn)換器的第1動作 例的時序圖。以下，按照圖自而下次序進(jìn)行說明。3個信號波形表示第1 時鐘信號CLK1、第2時鐘信號CLK2以及開關(guān)信號CLKSW。第2時鐘 信號CLK2的頻率是第1時鐘信號CLK1的頻率的2倍。
減法放大電路2013以及第1AD轉(zhuǎn)換電路2011在第1時鐘信號CLK1 從低電平向高電平的上升沿，對輸入模擬信號Vin進(jìn)行采樣。減法放大電 路2013，在具有與第1時鐘信號CLK1的上升沿同步的上升沿的第2時鐘 信號CLK2的高電平時，保持已采樣的輸入模擬信號Vin。在與此同一周 期的低電平時進(jìn)行減法放大，在下一周期的低電平時進(jìn)行自動調(diào)零動作。 第1AD轉(zhuǎn)換電路2011在具有與第1時鐘信號CLK1的上升沿同步的上升 沿的第2時鐘信號CLK2為高電平時，進(jìn)行轉(zhuǎn)換動作輸出數(shù)字值D9 D6， 在其前一個周期的低電平時進(jìn)行自動調(diào)零動作。第IDA轉(zhuǎn)換電路2012在 具有與第i時鐘信號CLK1的上升沿同步的上升沿的第2時鐘信號CLK2 為高電平時變?yōu)椴欢顟B(tài)，在與此同一周期的低電平時保持轉(zhuǎn)換確定數(shù) 據(jù)。
第1開關(guān)SW201，在開關(guān)信號CLKSW為低電平時導(dǎo)通，在開關(guān)信號 CLKSW為高電平時截止。第2開關(guān)SW202在開關(guān)信號CLKSW為高電平 時導(dǎo)通，在開關(guān)信號CLKSW為低電平時截止。第2放大電路2017在開 關(guān)信號CLKSW的高電平期間，在從第2時鐘信號CLK2的低電平向高電 平的上升沿，對輸入的模擬信號進(jìn)行采樣。在采樣之后的第2時鐘信號 CLK2為低電平時將該模擬信號放大，在上述采樣之前的第2時鐘信號 CLK2為高電平時進(jìn)行自動調(diào)零的動作。第3放大電路2019，在與開關(guān)信 號CLKSW下降沿同步的第2時鐘信號CLK2的下降沿，對輸入的模擬信 號進(jìn)行采樣。在采樣之后的第2時鐘信號CLK2為低電平時，將該模擬信 號放大，在上述采樣之前不久的第2時鐘信號CLK2為高電平時進(jìn)行自動 調(diào)零動作。第2AD轉(zhuǎn)換電路2015在從第2時鐘信號CLK2的低電平向高電平的上升沿，對輸入的模擬信號進(jìn)行采樣。第2AD轉(zhuǎn)換電路2015在第 2時鐘信號CLK2為高電平時進(jìn)行轉(zhuǎn)換動作，在第2時鐘信號CLK2為低 電平時進(jìn)行自動調(diào)零動作。第2DA轉(zhuǎn)換電路2016在第2時鐘信號CLK2 為低電平時保持轉(zhuǎn)換確定數(shù)據(jù)，在第2時鐘信號CLK2為高電平時變?yōu)椴?定狀態(tài)。
如圖所示，在第1AD轉(zhuǎn)換電路2011轉(zhuǎn)換處理D9 D6的期間，第2AD 轉(zhuǎn)換電路2015同時轉(zhuǎn)換處理之前被輸入的D2 D0。根據(jù)上述的流水線處 理，作為AD轉(zhuǎn)換器整體以第1時鐘信號CLK1為基準(zhǔn)可1周期1次輸出 IO位的數(shù)字值。
圖14是表示第2實施方式的第1實施例中的AD轉(zhuǎn)換器的第2動作 例的時序圖。第2動作例是把減法放大電路2013的放大期間取得比第1 實施例更長的例子。以下，按照圖自上而下的次序進(jìn)行說明。兩個信號波 形表示第1時鐘信號CLK1以及第2時鐘信號CLK2。第2時鐘信號CLK2 的頻率是第1時鐘信號CLK1的頻率的2倍。
減法放大電路2013以及第1AD轉(zhuǎn)換電路2011在從第1時鐘信號 CLK1從低電平向高電平的上升沿，對輸入的模擬信號Vin進(jìn)行采樣。減 法放大電路2013，在具有與第1時鐘信號CLK1的上升沿同步的上升沿的 第2時鐘信號CLK2為高電平時，保持己采樣的輸入模擬信號Vin。在與 此同一周期的低電平和下一周期的高電平時進(jìn)行減法放大，在該周期的低 電平時進(jìn)行自動調(diào)零動作。第1AD轉(zhuǎn)換電路2011，在具有與第l時鐘信 號CLK1的上升沿同步的上升沿的第2時鐘信號CLK2為高電平時，進(jìn)行 轉(zhuǎn)換動作，輸出數(shù)字值D9 D6，在第1時鐘信號CLK1為低電平、第2 時鐘信號CLK2為低電平時進(jìn)行自動調(diào)零動作。第IDA轉(zhuǎn)換電路2012， 在具有與第i時鐘信號CLK1的上升沿同步的上升沿的第2時鐘信號 CLK2為高電平時，變?yōu)椴欢顟B(tài)，再與此同一周期的低電平和下一周期 的高電平時，保持轉(zhuǎn)換確定數(shù)據(jù)。
第1開關(guān)SW201在第1時鐘信號CLK1為低電平時導(dǎo)通，在第1時 鐘信號為CLK1為高電平時截止。第2開關(guān)SW202在第1時鐘信號CLK1 為高電平時導(dǎo)通，在第1時鐘信號CLK1為低電平時截止。第2放大電路 2017在第1時鐘信號CLK1的低電平期間，在第2時鐘信號CLK2從高電平向低電平的下降沿，對輸入的模擬信號進(jìn)行采樣。在采樣之后的第2時
鐘信號CLK2為低電平時放大該模擬信號，在上述采樣之前的第2時鐘信 號CLK2為高電平時進(jìn)行自動調(diào)零動作。第3放大電路2019在與第1時 鐘信號CLK1的上升沿同步的第2時鐘信號CLK2的上升沿中，對輸入的 模擬信號進(jìn)行采樣。在采樣之后的第2時鐘信號CLK2為高電平時放大該 模擬信號，在上述釆樣之前的第2時鐘信號CLK2為低電平時進(jìn)行自動調(diào) 零動作。第2AD轉(zhuǎn)換電路2015在第2時鐘信號CLK2從高電平向低電平 的下降沿，對輸入的模擬信號進(jìn)行采樣。在第2時鐘信號CLK2為低電平 時進(jìn)行轉(zhuǎn)換動作，第2時鐘信號CLK2為高電平時進(jìn)行自動調(diào)零動作。第 2DA轉(zhuǎn)換電路2016在第2時鐘信號CLK2為高電平時保持轉(zhuǎn)換確定數(shù)據(jù)， 在第2時鐘信號CLK2為低電平時變?yōu)椴欢顟B(tài)。
如圖所示，在與第1AD轉(zhuǎn)換電路2011進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理D9 D6的周期 同一周期中，第2AD轉(zhuǎn)換電路2015同時轉(zhuǎn)換處理之前輸入的D2 D0。 根據(jù)上述的流水線處理，作為AD轉(zhuǎn)換器整體將第1時鐘信號CLK1作為 基準(zhǔn)可1周期1次輸出IO位的數(shù)字值。
第2動作例可比第1動作例取得更長的減法放大電路2013的減法放 大時間。如圖10的減法放大電路2013所示，由于需要8倍的高放大率時 建立時間變長，因此也可以如第2動作例那樣時序進(jìn)行動作。此外，由于 在減法放大電路2013中不需要高放大率時建立時間變短，因此也可以按 第1動作例那樣時序進(jìn)行動作。由此根據(jù)本實施例，在由包括循環(huán)型AD 轉(zhuǎn)換部分的2級構(gòu)成的流水線型AD轉(zhuǎn)換器中，可去掉與第1級的AD轉(zhuǎn) 換電路2011并聯(lián)的以往設(shè)置的采樣保持電路。由此，可提高特性，特別 是線性特性。由此，也可低電壓輸入。此外，可謀求電路的小面積化、低 消耗電能化。
(第2實施方式的第2實施例)
第2實施方式的第2實施例是由在第1級的AD轉(zhuǎn)換電路中轉(zhuǎn)換出4 位，在第2級的AD轉(zhuǎn)換電路中轉(zhuǎn)換出3位，在第3級的AD轉(zhuǎn)換電路中 轉(zhuǎn)換出3位的3個級構(gòu)成的流水線型的AD轉(zhuǎn)換器的例子。
圖15表示本實施例中的AD轉(zhuǎn)換器。該AD轉(zhuǎn)換器，將輸入模擬信 號Vin輸入到減法放大電路2013以及第1AD轉(zhuǎn)換電路2011中。第1AD轉(zhuǎn)換電路2011將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，取出高4位(D9 D6)。 第IDA轉(zhuǎn)換電路2012將由第1AD轉(zhuǎn)換電路2011轉(zhuǎn)換的數(shù)字值轉(zhuǎn)換為模 擬值。減法放大電路2013與第1AD轉(zhuǎn)換電路2011的采樣時序同步，對 輸入的模擬信號Vin進(jìn)行采樣，保持規(guī)定期間，從保持的模擬信號中減去 第IDA轉(zhuǎn)換電路2012的輸出模擬信號并放大到4倍。該規(guī)定的期間大于 至少確定第IDA轉(zhuǎn)換電路2012的轉(zhuǎn)換時間的期間。
將減法放大電路2013的輸出模擬信號輸入到第2放大電路2017以及 第2AD轉(zhuǎn)換電路2015中。第2AD轉(zhuǎn)換電路2015將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換 為數(shù)字值，從高位取出5 7位(D5 D3)。將第2AD轉(zhuǎn)換電路2015內(nèi) 的電壓比較元件參考電壓設(shè)定為第1AD轉(zhuǎn)換電路2011的1/2。為了第 2AD轉(zhuǎn)換電路2015轉(zhuǎn)換3位，因此在減法放大電路2013中應(yīng)該放大到8 (2的3次方)倍。這一點，如上所述如果將參考電壓設(shè)定為1/2，那么減 法放大電路2013的放大率則變?yōu)?倍。第2DA轉(zhuǎn)換電路2016將由第2AD 轉(zhuǎn)換電路2015轉(zhuǎn)換的數(shù)字值轉(zhuǎn)換為模擬值。第2放大電路2017將輸入的 模擬信號放大到2倍，輸出到第2減法電路2018中。第2減法電路2018 從第2放大電路2017的輸出減去第2DA轉(zhuǎn)換電路2016的輸出。將第2DA 轉(zhuǎn)換電路2016的輸出放大到2倍。
第3放大電路2019將第2減法電路2018的輸出放大到4倍。將第3 放大電路2019的輸出模擬信號輸出到第3AD轉(zhuǎn)換電路2020中。第3AD 轉(zhuǎn)換電路2020將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，從高位取出8 10位 (D2 D0)。由此，在3個級中取得IO位的數(shù)字值。
圖16是表示本實施例中的AD轉(zhuǎn)換器的動作例的時序圖。以下，按 照圖的自上而下的次序進(jìn)行說明。兩個信號波形表示第1時鐘信號CLK1 以及第2時鐘信號CLK2。第2時鐘信號CLK2的頻率是第1時鐘信號CLK1 的頻率的2倍。
減法放大電路2013以及第1AD轉(zhuǎn)換電路2011在第1時鐘信號CLK1 從低電平向高電平的上升沿，對輸入的模擬信號Vin進(jìn)行采樣。減法放大 電路2013，在具有與第1時鐘信號CLK1的上升沿同步的上升沿的第2 時鐘信號CLK2為高電平時，保持已采樣的輸入模擬信號Vin。在與此同 一周期的低電平時進(jìn)行減法放大，在下一周期的低電平時進(jìn)行自動調(diào)零動作。第1AD轉(zhuǎn)換電路2011在具有與第1時鐘信號CLK1的上升沿同步的 上升沿的第2時鐘信號CLK2為高電平時，進(jìn)行轉(zhuǎn)換動作輸出數(shù)字值D9 D6，在此前一個周期的低電平時進(jìn)行自動調(diào)零動作。第IDA轉(zhuǎn)換電路 2012，在具有與第1時鐘信號CLK1的上升沿同步的上升沿的第2時鐘信 號CLK2為高電平時，變?yōu)椴欢顟B(tài)，在與此同一周期的低電平時保持轉(zhuǎn) 換確定數(shù)據(jù)。
第2放大電路2017以及第2DA轉(zhuǎn)換電路2016，在與第1時鐘信號 CLK1的下降沿同步的第2時鐘信號CLK2的上升沿，對輸入的模擬信號 進(jìn)行采樣。第2放大電路2017在采樣之后的第2時鐘信號CLK2為高電 平時，放大該模擬信號，在上述采樣之前的第2時鐘信號CLK2為低電平 時進(jìn)行自動調(diào)零動作。第2AD轉(zhuǎn)換電路2015在采樣之后的第2時鐘信號 CLK2為高電平時進(jìn)行轉(zhuǎn)換動作，在上述采樣之前的第2時鐘信號CLK2 為低電平時進(jìn)行自動調(diào)零動作。第2DA轉(zhuǎn)換電路2016，在第l時鐘信號 CLK1為低電平期間、第2時鐘信號CLK2為低電平期間保持轉(zhuǎn)換確定數(shù) 據(jù)，第2時鐘信號CLK2為高電平時變?yōu)椴欢顟B(tài)。第3放大電路2019 在第1時鐘信號CLK1為低電平期間，在第2時鐘信號CLK2從高電平向 低電平的下降沿，對輸入的模擬信號進(jìn)行采樣。在采樣之后的第2時鐘信 號CLK2為低電平時放大該模擬信號，上述采樣之前的第2時鐘信號CLK2 為高電平時迸行自動調(diào)零動作。第3AD轉(zhuǎn)換電路2020在第1時鐘信號 CLK1從低電平向高電平的上升沿，對輸入的模擬信號Vin進(jìn)行采樣。在 采樣之后的第2時鐘信號CLK2為高電平時進(jìn)行轉(zhuǎn)換動作，在上述采樣之 前的第2時鐘信號CLK2為低電平時進(jìn)行自動調(diào)零動作。
如圖所示，在第1AD轉(zhuǎn)換電路2011轉(zhuǎn)換處理D9 D6的期間，第3AD 轉(zhuǎn)換電路2020同時轉(zhuǎn)換處理上一次輸入的D2 D0。根據(jù)上述流水線處理， 作為AD轉(zhuǎn)換器整體將第1時鐘信號CLK1作為基準(zhǔn)可1個周期1次輸出 IO位的數(shù)字值。
由此，根據(jù)本實施例，在由多個級構(gòu)成的流水線型的AD轉(zhuǎn)換器中， 可去掉與第i級的第1AD轉(zhuǎn)換電路2011并聯(lián)的以往設(shè)置的采樣保持電路。 由此，可提高特性、特別是線性特性。由此，也可低電壓輸入。此外，可 謀求電路的小面積化、低消耗電能化。以上，以實施例為基礎(chǔ)說明了第2實施方式。該實施例是例示，在其 各構(gòu)成要素或各處理步驟的組合中有各種變形例。此外，上述的變形例也 在本實施方式的范圍內(nèi)，這點同行業(yè)普通技術(shù)人員均可理解。
本實施方式的上述實施例中所記載的AD轉(zhuǎn)換電路的轉(zhuǎn)換位數(shù)和其分 配、放大電路的放大率等參數(shù)只不過是一例，在變形例中這些參數(shù)也可以 采用其它的數(shù)值。
在本實施方式的第1實施例中，已對2級的循環(huán)型的AD轉(zhuǎn)換器進(jìn)行 了說明。該實施例在本實施方式也可適用于1個AD轉(zhuǎn)換電路的循環(huán)型。 即在最初的AD轉(zhuǎn)換后將輸入切換到反饋側(cè)的路徑中，在反饋電路中的放 大電路中進(jìn)行放大后，再次在該AD轉(zhuǎn)換電路以及減法放大電路中輸入模 擬信號。由此也可得到與本實施方式的第1實施例的效果相同的效果。
在本實施方式的第2實施例中，已說明了 3級流水線型的AD轉(zhuǎn)換器。 在這一點，級的數(shù)目是任意的，在轉(zhuǎn)換位數(shù)多的情況或使轉(zhuǎn)換精度提高的 情況下，可進(jìn)一步構(gòu)成多級的流水線。此外，如圖16所示的時序只是一 例，為了確保建立時間也可將減法放大電路2013的放大期間取得更長。 (第3實施方式)
背景技術(shù)：
第3實施方式中的相關(guān)技術(shù)如下所述。近年來，在移動電話等的便攜 式設(shè)備中逐漸備有圖像攝影功能、圖像再生功能、動態(tài)圖像攝影功能以及 動態(tài)圖像再生功能等各種附加功能。與此對應(yīng)，對模數(shù)轉(zhuǎn)換器(以下稱為 "AD轉(zhuǎn)換器")的小型化和節(jié)能化的要求越來越高。作為這種AD轉(zhuǎn)換 器的種類，眾所周知有構(gòu)成循環(huán)型的循環(huán)AD轉(zhuǎn)換器(例如，參照專利文 獻(xiàn)l)。在專利文獻(xiàn)l中，公開了包括循環(huán)型的轉(zhuǎn)換部分的2個級構(gòu)成的 AD轉(zhuǎn)換器。
在上述轉(zhuǎn)換文獻(xiàn)1的第1圖中所示的AD轉(zhuǎn)換器的第1級中，設(shè)置與 并聯(lián)型A / D轉(zhuǎn)換器AD1以及D / A轉(zhuǎn)換器DA1構(gòu)成的系統(tǒng)并聯(lián)的采樣 保持電路S / HI 。將該電路的輸入模擬信號由該采樣保持電路S / HI保持 規(guī)定的期間。
但是，由于在采樣保持電路的構(gòu)成要素中包括運算放大器，因此在低 電壓時存在采樣保持電路的輸出電壓范圍變窄的趨勢。在低電壓時存在起因于采樣保持電路的輸出電壓范圍變窄的失真等的特性劣化變大，AD轉(zhuǎn) 換器整體的特性惡化的問題。與此對應(yīng)，如果去掉采樣保持電路，那么存 在時序產(chǎn)生偏移，在進(jìn)行減法后的放大電路中產(chǎn)生不進(jìn)行自動調(diào)零、也不 放大的無效期間的問題。在此所謂自動調(diào)零是在采樣輸入中不輸出信號的 期間。
第3實施方式中的概要如下所述。第3實施方式正是考慮了上述情況 的方案，其目的在于在模數(shù)轉(zhuǎn)換器中縮短不進(jìn)行自動調(diào)零或不放大的無效 期間。
第3實施方式的一個方案是模數(shù)轉(zhuǎn)換器。該模數(shù)轉(zhuǎn)換器是將輸入模擬 信號由多級分為多次轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，各級具有將輸入到本 級的模擬信號和規(guī)定的參考電壓進(jìn)行比較，轉(zhuǎn)換為規(guī)定位數(shù)的數(shù)字值的
AD轉(zhuǎn)換電路，按照將對AD轉(zhuǎn)換電路的上述模擬信號的輸入時序和規(guī)定 的參考電壓的輸入時序，任一個時序在前那樣，在每一級中設(shè)定。
根據(jù)本方案，通過在每級設(shè)定AD轉(zhuǎn)換電路的動作時序，可在放大輸 入到AD轉(zhuǎn)換電路中的模擬信號等的元件采樣時序的設(shè)定中給予自由度。 即該AD轉(zhuǎn)換電路以及該放大電路對自動調(diào)零期間結(jié)束的輸入進(jìn)行采樣。 由于在兩個電路中取得輸入信號的采樣點同步，如果兩個電路實質(zhì)以相同 的時序?qū)斎胄盘栠M(jìn)行采樣，那么可對兩個電路的自動調(diào)零期間和動作期 間的設(shè)定產(chǎn)生制約，存在產(chǎn)生無效期間的情況。該AD轉(zhuǎn)換電路對參考電 壓進(jìn)行采樣，即使在比較動作期間中可將輸入信號輸入，由于可得到與其 相反情況相同的輸出數(shù)字值，因此可使該放大電路不受以與該AD轉(zhuǎn)換電 路實質(zhì)相同的時序?qū)斎胄盘栠M(jìn)行采樣的制約。因此，在該元件中可設(shè)置 不產(chǎn)生無效期間的動作時序。此外，也可由簡單的控制信號控制這些元件。
AD轉(zhuǎn)換電路或在非動作期間的結(jié)束時對上述模擬信號進(jìn)行采樣，在 比較動作期間中輸入規(guī)定的參考電壓，或在非動作期間的結(jié)束時對規(guī)定的 參考電壓進(jìn)行采樣，在比較動作期間中輸入所述模擬信號，可根據(jù)各級的 構(gòu)成而不同。根據(jù)各級的放大電路的設(shè)置狀況通過設(shè)置AD轉(zhuǎn)換電路的動 作時序，可在該放大元件中設(shè)定不產(chǎn)生無效期間的動作時序。還有，在"非 動作期間"中包括自動調(diào)零期間。第3實施方式的其它的方案是模數(shù)轉(zhuǎn)換器。該模數(shù)轉(zhuǎn)換器是將輸入模 擬信號由多級分為多次轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，分別具有1個以上 的由1個放大元件進(jìn)行放大的第1型級和由兩個放大元件進(jìn)行放大的第2 型級，第1型級的AD轉(zhuǎn)換電路對規(guī)定的參考電壓進(jìn)行采樣，在比較動作
期間中向本級輸入模擬信號，第2型級的AD轉(zhuǎn)換電路對輸入到本級中的
模擬信號進(jìn)行采樣，在比較動作期間中被輸入規(guī)定的參考電壓。
第3實施方式的其它的方案是模數(shù)轉(zhuǎn)換器。該模數(shù)轉(zhuǎn)換器是將輸入模 擬信號由多級分為多次轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，分別具有1個以上 的第1型級和第2型級。該第1型級包括AD轉(zhuǎn)換電路，其將輸入到本 級中的模擬信號和規(guī)定的參考電壓進(jìn)行比較，轉(zhuǎn)換為規(guī)定位數(shù)的數(shù)字值； 和減法放大電路，其對所述模擬信號進(jìn)行采樣，減去相當(dāng)于所述AD轉(zhuǎn)換 電路的轉(zhuǎn)換數(shù)字值的模擬信號，以規(guī)定的放大率放大。該第2型級包括 AD轉(zhuǎn)換電路，其將輸入到本級中的模擬信號和規(guī)定的參考電壓進(jìn)行比較， 轉(zhuǎn)換為規(guī)定位數(shù)的數(shù)字值；和第1放大電路，其對所述模擬信號進(jìn)行采樣， 以規(guī)定的放大率放大或保持；減法電路，其從該輸出模擬信號中減去相當(dāng) 于所述AD轉(zhuǎn)換電路的轉(zhuǎn)換數(shù)字值的模擬信號；和第2放大電路，其以規(guī) 定放大率放大該輸出模擬信號。第1型級的AD轉(zhuǎn)換電路對規(guī)定參考電壓 進(jìn)行采樣，在比較動作期間中被輸入對于本級的模擬信號，第2型級的 AD轉(zhuǎn)換電路對輸入到本級中的模擬信號進(jìn)行采樣，在比較動作期間也可 .輸入規(guī)定的參考電壓。
以往，在l個放大元件的級中，由于AD轉(zhuǎn)換電路和該放大元件實質(zhì) 上以相同時序?qū)Ρ惠斎氲哪M信號進(jìn)行采樣，因此提前該放大元件的采樣 時序也不能立刻放大，產(chǎn)生了無效期間。在這一點上，通過調(diào)整第l型級 的AD轉(zhuǎn)換電路的動作時序，在第1型級的構(gòu)成元件中可防止不進(jìn)行自動 調(diào)零或不放大的無效期間的產(chǎn)生。
多級內(nèi)，初級的AD轉(zhuǎn)換電路對規(guī)定的參考電壓進(jìn)行采樣，也可在比 較動作期間中被輸入對于本級的模擬信號。由此，可將初級由第l型級構(gòu) 成。由此，可去掉與AD轉(zhuǎn)換電路并聯(lián)設(shè)置的放大電路，可防止起因于該 放大電路的輸出電壓范圍的特性劣化。雖然初級由于輸入最大的信號，因 此最容易引起該特性劣化，但是如果是第1型級可防止該劣化。多級內(nèi)也可包括將本級的輸出模擬信號反饋到本級的輸入中的級。由 此，可多次使用l個級，可縮小電路面積。
還有，以上構(gòu)成要素的任意組合，或本發(fā)明的構(gòu)成要素或表現(xiàn)在方法、 裝置、系統(tǒng)等之間互相置換而成的方案，作為本發(fā)明的方案也是有效的。
實施方式
在將輸入模擬信號分為多次轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的流水線型或循環(huán)型的 AD轉(zhuǎn)換器中，構(gòu)成該轉(zhuǎn)換器的各級進(jìn)行1級放大或2級放大。在以下的
第3實施方式的各實施例中，說明1級放大和2級放大混合在一起的AD 轉(zhuǎn)換器的例子。首先作為其前提，對本實施方式的1級放大以及2級放大 的基本構(gòu)成和基本動作進(jìn)行說明。
圖17表示1級放大的基本構(gòu)成。圖17表示構(gòu)成AD轉(zhuǎn)換器的1個級。 在減法放大電路3016中對輸入到該級的模擬信號Vin進(jìn)行采樣。AD轉(zhuǎn)換 電路3012將模擬信號Vin以規(guī)定的分辨率轉(zhuǎn)換為數(shù)字值。AD轉(zhuǎn)換電路 3012是具備多個比較器(comparator)的高速型。在該多個比較器中被供 給相當(dāng)LSB (Least Significant Bit)的電壓的每個參考電壓。各比較器將 該參考電壓和上述采樣后的模擬信號進(jìn)行比較，輸出高/低電平的信號。
DA轉(zhuǎn)換電路3013將AD轉(zhuǎn)換電路3012的比較器的輸出轉(zhuǎn)換為模擬 信號。減法放大電路3016從采樣后的模擬信號Vin中減去DA轉(zhuǎn)換電路 3013的輸出模擬信號，由規(guī)定的放大率進(jìn)行放大。在由單端開關(guān)電容輸入 運算放大器構(gòu)成減法放大電路3016的情況下，由連接在該運算放大器的 輸入端子上的電容器對上述模擬信號Vin進(jìn)行采樣。將減法放大電路3016 的輸出模擬信號作為本級的輸出模擬信號Vout。
接著，說明該級的動作時序。圖18是表示在圖17中所示的電路的本 實施方式的動作例的時序圖。在圖18中，減法放大電路3016以及AD轉(zhuǎn) 換電路3012以從自動調(diào)零期間切換為放大期間的時刻對輸入的信號進(jìn)行 采樣。減法放大電路3016在時鐘信號CLK為高電平期間進(jìn)行自動調(diào)零動 作，在低電平期間進(jìn)行減法放大。在高電平期間輸入模擬信號Vin，在從 高電平向低電平的下降沿，對模擬信號Vin進(jìn)行采樣。在低電平期間被輸 入DA轉(zhuǎn)換電路3013的轉(zhuǎn)換確定數(shù)據(jù)。
AD轉(zhuǎn)換電路3012在時鐘信號CLK的高電平期間進(jìn)行比較動作，輸出比較結(jié)果，在低電平期間進(jìn)行自動調(diào)零動作。在AD轉(zhuǎn)換電路3012內(nèi) 的各比較器中在低電平期間輸入?yún)⒖茧妷?，從低電平向高電平的上升沿?br> 對參考電壓進(jìn)行采樣。在高電平期間輸入模擬信號Vin。
DA轉(zhuǎn)換電路3013在時鐘信號CLK的高電平期間變?yōu)椴欢顟B(tài)，在 低電平期間保持轉(zhuǎn)換確定數(shù)據(jù)。將從高電平向低電平的下降沿的AD轉(zhuǎn)換 電路3012的輸出在低電平期間保持。
接著，說明該級的其它的動作時序。圖19是表示在圖17中所示的電 路的比較動作例的時序圖。在圖19中，該比較動作例需要兩個時鐘信號 CLK。第2時鐘信號CLK2的頻率是第1時鐘信號CLK1的2倍的頻率。
減法放大電路3016在第1時鐘信號CLK1的低電平期間進(jìn)行減法放 大，在該期間隨后的第2時鐘信號CLK2的高電平期間進(jìn)行自動調(diào)零動作。 減法放大電路3016在第1時鐘信號CLK1的高電平期間中的第2時鐘信 號CLK2從高電平期間向低電平的下降沿，對模擬信號Vin進(jìn)行采樣。在 上述減法放大期間輸入DA轉(zhuǎn)換電路3013的轉(zhuǎn)換確定數(shù)據(jù)，在上述自動 調(diào)零期間被輸入模擬信號Vin。將第1時鐘信號CLK1的高電平期間中的 第2時鐘信號CLK2的低電平期間，作為不進(jìn)行自動調(diào)零動作也不進(jìn)行減 法放大的無效期間t。
AD轉(zhuǎn)換電路3012在第1時鐘信號CLK1的低電平期間和該期間隨后 的第2時鐘信號CLK2的低電平期間中進(jìn)行自動調(diào)零動作，在該期間隨后 的第2時鐘信號CLK2的低電平期間進(jìn)行比較動作輸出比較結(jié)果。AD轉(zhuǎn) 換電路3012以與減法放大電路3016對模擬信號Vin進(jìn)行采樣的時刻相同 的時刻，對模擬信號Vin進(jìn)行采樣。在該自動調(diào)零期間，在該AD轉(zhuǎn)換電 路3012內(nèi)的各比較器中輸入模擬信號Vin。在上述比較動作期間輸入規(guī)定 的參考電壓。
DA轉(zhuǎn)換電路3013在第1時鐘信號CLK1的高電平期間為不穩(wěn)定，在 低電平期間保持轉(zhuǎn)換確定數(shù)據(jù)。在第1時鐘信號CLK1從高電平向低電平 的下降沿中確定AD轉(zhuǎn)換電路3012的比較結(jié)果的輸出，將該已確定的數(shù) 據(jù)保持低電平期間。
由此，比較動作例在減法放大電路3016中產(chǎn)生不進(jìn)行自動調(diào)零也不 放大的無效期間t。其原因在于AD轉(zhuǎn)換電路3012和減法放大電路3016以相同的時刻對模擬信號Vin進(jìn)行采樣。即在同時對模擬信號Vin進(jìn)行采 樣之后，AD轉(zhuǎn)換電路3012可立刻開始與參考電壓之間的比較動作，與此 對應(yīng)減法放大電路3016在結(jié)束DA轉(zhuǎn)換電路3013的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的確定之前， 不能進(jìn)行減法放大。由此，比較動作例必須由比圖18的動作時序中所使 用的時鐘信號CLK更快的第2時序信號CLK2控制AD轉(zhuǎn)換電路3012和 減法放大電路3016。
與此對應(yīng)，圖18的動作例，AD轉(zhuǎn)換電路3012的比較器對參考電壓 進(jìn)行采樣，在比較動作期間輸入模擬信號Vin。由此，減法放大電路3016 不需加快模擬信號Vin的采樣時序，可將自動調(diào)零期間比比較動作例設(shè)定 得更長。同時，AD轉(zhuǎn)換電路3012的比較期間也可比比較動作例更長。由 此，也不需要象比較動作例的第2時鐘信號CLK2的那樣的快時序信號。
圖20表示2級放大的基本構(gòu)成。圖20表示構(gòu)成AD轉(zhuǎn)換器的1個級。 在第1放大電路3011以及AD轉(zhuǎn)換電路3012中對輸入到該級的模擬信號 Vin進(jìn)行采樣。第1放大電路3011將已采樣的模擬信號Vin以規(guī)定的放大 率放大，輸出到減法電路3014或減法放大電路3016中?；蛘邔⒁巡蓸拥?模擬信號Vin保持規(guī)定的期間，輸出到減法電路3014或減法放大電路3016 中。
AD轉(zhuǎn)換電路3012將已采樣的模擬信號Vin以規(guī)定的分辯率轉(zhuǎn)換為數(shù) 字值。DA轉(zhuǎn)換電路3013將AD轉(zhuǎn)換電路3012的輸出轉(zhuǎn)換為模擬信號。 此時，根據(jù)第1放大電路3011的放大率， 一邊放大AD轉(zhuǎn)換電路3011的 輸出， 一邊轉(zhuǎn)換為模擬信號。該幅度，通過調(diào)整供給到AD轉(zhuǎn)換電路3012 上的基準(zhǔn)電壓變動范圍和供給到DA轉(zhuǎn)換電路3013上的基準(zhǔn)電壓變動范 圍之間的比值而可改變。此外，在將DA轉(zhuǎn)換電路3013由電容器陣列型 構(gòu)成的情況下，也可通過調(diào)整電容器的數(shù)目改變。
減法電路3014從第1放大電路3011的輸出模擬信號中減去DA轉(zhuǎn)換 電路3013的輸出模擬信號。第2放大電路3015對減法電路3014的輸出 模擬信號進(jìn)行采樣，由規(guī)定的放大率放大。將第2放大電路3015的輸出 模擬信號作為本級的輸出模擬信號Vout。還有，在代替減法電路3014以 及第2放大電路3015而釆用減法放大電路3016的情況下，減法放大電路 3016對第1放大電路3011的輸出模擬信號進(jìn)行采樣，以規(guī)定的放大率進(jìn)行減法放大。
接著，說明該級的動作時序。圖21是表示在圖20中所示的電路的動 作例的時序圖。在圖21中，第1放大電路3011，在時鐘信號CLK的高電 平期間放大采樣后的模擬信號Vin，在低電平期間進(jìn)行自動調(diào)零動作，在 低電平期間被輸入模擬信號Vin，在從低電平向高電平的上升沿，對模擬 信號Vin進(jìn)行采樣，在高電平期間被輸入規(guī)定的參考電壓。
AD轉(zhuǎn)換電路3012在時鐘信號CLK的高電平期間進(jìn)行比較動作輸出 比較結(jié)果，在低電平期間進(jìn)行自動調(diào)零動作。在AD轉(zhuǎn)換電路3012內(nèi)的 各比較器中在低電平期間輸入模擬信號Vin，在從低電平向高電平的上升 沿，對模擬信號Vin進(jìn)行采樣。在高電平期間輸入規(guī)定的參考電壓。
DA轉(zhuǎn)換電路3013在時鐘信號CLK的高電平期間變?yōu)椴欢顟B(tài)，在 低電平期間保持轉(zhuǎn)換確定數(shù)據(jù)。將從高電平向低電平的下降沿的AD轉(zhuǎn)換 電路3012的輸出，在低電平期間保持。
第2放大電路3015在時鐘信號CLK的高電平期間進(jìn)行自動調(diào)零動作， 在低電平期間進(jìn)行放大。在時鐘信號CLK從高電平向低電平的下降沿， 對第1放大電路3011和DA轉(zhuǎn)換電路3013之間的差分信號進(jìn)行采樣，在 低電平期間輸入規(guī)定的參考電壓。此外，在采用減法放大電路3016的情 況下，減法放大電路3016在時鐘信號CLK的高電平期間進(jìn)行自動調(diào)零動 作，在低電平期間進(jìn)行減法放大。在高電平期間被輸入第1放大電路3011 的輸出模擬信號，在從高電平向低電平的下降沿，對該輸出模擬信號進(jìn)行 采樣。在低電平期間輸入DA轉(zhuǎn)換電路3013的轉(zhuǎn)換確定數(shù)據(jù)。
由此，2級放大在第1放大電路3011和AD轉(zhuǎn)換電路3012同時對 模擬信號Vin進(jìn)行采樣，AD轉(zhuǎn)換電路3012與模擬信號Vin進(jìn)行比較進(jìn)行 轉(zhuǎn)換動作的期間中，第1放大電路3011保持或放大模擬信號Vin。因此， 第2放大電路3015在DA轉(zhuǎn)換電路3013的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)確定之后，可以對第 1放大電路3011和DA轉(zhuǎn)換電路3013之間的差分信號進(jìn)行采樣，則不產(chǎn) 生無效期間t。此外，在AD轉(zhuǎn)換電路3012的轉(zhuǎn)換動作期間，通過第l放 大電路3011放大模擬信號Vin可降低第2放大電路3015的放大率，可將 第2放大電路3015高速化。
(第3實施方式的第1實施例)接著，對第3實施方式的第1實施例進(jìn)行說明。本實施例是由在第l
級的AD轉(zhuǎn)換電路中轉(zhuǎn)換出4位，在第2 4級的AD轉(zhuǎn)換電路中每個電 路轉(zhuǎn)換出兩位的4個級構(gòu)成的流水線型的AD轉(zhuǎn)換器的例子。第1級是1 步(step)放大，第2、 3級是2步放大的構(gòu)成。
圖22表示本實施例中的AD轉(zhuǎn)換器的構(gòu)成。在該AD轉(zhuǎn)換器中，將 輸入模擬信號Vin輸入到第1減法放大電路3026以及第1AD轉(zhuǎn)換電路 3022中。第1AD轉(zhuǎn)換電路3022是高速型的AD轉(zhuǎn)換器，其分辨率即轉(zhuǎn)換 位數(shù)為4位。第1AD轉(zhuǎn)換電路3022將輸入模擬信號Vin轉(zhuǎn)換為數(shù)字值， 取出高4位(D9 D6)。第IDA轉(zhuǎn)換電路3023將由第1AD轉(zhuǎn)換電路3022 轉(zhuǎn)換的數(shù)字值轉(zhuǎn)換為模擬值。第1減法放大電路3026從采樣后的模擬值 Vin中減去第IDA轉(zhuǎn)換電路3023的輸出模擬信號，并放大到2倍。
將第1減法放大電路3026的輸出模擬信號輸出到第3放大電路3027 以及第2AD轉(zhuǎn)換電路3028中。第3放大電路3027和第2AD轉(zhuǎn)換電路3028 在相同的時刻進(jìn)行采樣。第3放大電路3027對輸入的模擬信號進(jìn)行采樣， 放大到2倍，輸出到第2減法電路3030中。第2AD轉(zhuǎn)換電路3028對輸 入的模擬信號進(jìn)行采樣，轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，從高位取出5、 6位(D5， D4)。
由于第2級的轉(zhuǎn)換位數(shù)為兩位，應(yīng)該將原來第1級的輸出實質(zhì)放大到 4 (2的2次方)倍。在第1級中由減法放大電路3026放大到2倍。在此 基礎(chǔ)上，如果將第2AD轉(zhuǎn)換電路3028內(nèi)的比較器的參考電壓設(shè)定為第 1AD轉(zhuǎn)換電路3022的1/2，可實現(xiàn)上述實質(zhì)的4倍。
第2DA轉(zhuǎn)換電路3029將由第2AD轉(zhuǎn)換電路3028轉(zhuǎn)換的數(shù)字值轉(zhuǎn)換 為模擬值。此時， 一邊將第2AD轉(zhuǎn)換電路3028的輸出放大到2倍， 一邊 轉(zhuǎn)換為模擬信號。第2減法放大電路3030從第3放大電路3027的輸出模 擬信號中減去第2DA轉(zhuǎn)換電路3029的輸出模擬信號。第4放大電路3031 將第2減法電路3030的輸出模擬信號放大到2倍。還有，也可不用第2 減法電路3030以及第4放大電路3031而采用一體型的第2減法放大電路 3032。由此，可將電路面積縮小化。
將第4放大電路3031的輸出模擬信號輸入到第5放大電路3033以及 第3AD轉(zhuǎn)換電路3034中。第5放大電路3033和第3AD轉(zhuǎn)換電路3034 由相同的時刻進(jìn)行采樣。第5放大電路3033對輸入的模擬信號進(jìn)行采樣，放大到2倍，輸出到第3減法電路3036中。第3AD轉(zhuǎn)換電路3034對輸 入的模擬信號進(jìn)行采樣，轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，從高位取出7、 8位(D3 D2)。 第3DA轉(zhuǎn)換電路3035將由第3AD轉(zhuǎn)換電路3034轉(zhuǎn)換的數(shù)字值轉(zhuǎn)換 為模擬值。此時， 一邊將第3AD轉(zhuǎn)換電路3034的輸出放大到2倍， 一邊 轉(zhuǎn)換為模擬信號。第3減法電路3036從第5放大電路3033的輸出模擬信 號中減去第3DA轉(zhuǎn)換電路3035的輸出模擬信號。第6放大電路3037將 第3減法電路3036的輸出模擬信號放大到2倍。還有，也可不用第3減 法電路3036以及第6放大電路3037而釆用一體型的第3減法放大電路 3038。
將第6放大電路3037的輸出模擬信號輸入到第4AD轉(zhuǎn)換電路3039 中。第4AD轉(zhuǎn)換電路3039對輸入的模擬信號進(jìn)行采樣，轉(zhuǎn)換為數(shù)字值， 從高位取出9、 10位(D1 D0)。由此，由4個級取得IO位的數(shù)字值。
接著，對本實施例中的AD轉(zhuǎn)換器的動作時序進(jìn)行說明。圖23是表 示本實施例中的AD轉(zhuǎn)換器的動作過程的時序圖。首先，說明第l級的動 作時序。第1減法放大電路3026在時鐘信號CLK從高電平向低電平的下 降沿，對輸入模擬信號Vin進(jìn)行采樣。第1減法放大電路3026在時鐘信 號CLK的高電平期間進(jìn)行自動調(diào)零動作，在低電平期間從已采樣的輸入 模擬信號Vin中減去第IDA轉(zhuǎn)換電路23的輸出模擬信號并放大。第2AD 轉(zhuǎn)換電路3028在時鐘信號CLK從低電平向高電平的上升沿，對規(guī)定的參 考電壓進(jìn)行采樣。第2AD轉(zhuǎn)換電路3028在時鐘信號CLK的高電平期間 進(jìn)行比較動作，在低電平期間進(jìn)行自動調(diào)零動作。在時鐘信號CLK從高 電平向低電平的下降沿時將輸入模擬信號Vin輸入。第IDA轉(zhuǎn)換電路3023 在時鐘信號CLK的低電平期間保持轉(zhuǎn)換確定數(shù)據(jù)，在高電平期間變?yōu)椴?定狀態(tài)。
接著，說明第2級的動作時序。第3放大電路3027以及第2AD轉(zhuǎn)換 電路3028在時鐘信號CLK從低電平向高電平的上升沿，對第1減法放大 電路3026的輸出模擬信號進(jìn)行采樣。第3放大電路3027在時鐘信號CLK 的高電平期間放大已采樣的模擬信號，在低電平期間進(jìn)行自動調(diào)零動作。 第2AD轉(zhuǎn)換電路3028在時鐘信號CLK的高電平期間進(jìn)行比較動作，在 低電平期間進(jìn)行自動調(diào)零動作。第2DA轉(zhuǎn)換電路3029在時鐘信號CLK的低電平期間保持轉(zhuǎn)換確定數(shù)據(jù)，在高電平期間變?yōu)椴欢顟B(tài)。
第4放大電路3031在時鐘信號CLK從高電平向低電平的下降沿，對 第3放大電路3027的輸出模擬信號和第2DA轉(zhuǎn)換電路3029的輸出模擬 信號之間的差分信號進(jìn)行采樣。第4放大電路3031在時鐘信號CLK的低 電平期間放大己采樣的模擬信號，在高電平期間進(jìn)行自動調(diào)零動作。還有， 在采用第2減法放大電路3032的情況下，第2減法放大電路3032在時鐘 信號CLK從高電平向低電平的下降沿，對第3放大電路3027的輸出模擬 信號進(jìn)行采樣。第2減法放大電路3032，在時鐘信號CLK的低電平期間， 從已采樣的模擬信號中減去第2DA轉(zhuǎn)換電路3029的輸出模擬信號并放 大，在高電平期間進(jìn)行自動調(diào)零動作。
接著，說明第3級的動作時序。第5放大電路3033以及第3AD轉(zhuǎn)換 電路3034在時鐘信號CLK從低電平向高電平的上升沿，對第4放大電路 3031的輸出模擬信號進(jìn)行采樣。第5放大電路3033在時鐘信號CLK的高 電平期間放大已采樣的模擬信號，在低電平期間進(jìn)行自動調(diào)零動作。第 3AD轉(zhuǎn)換電路3034在時鐘信號CLK的高電平期間進(jìn)行比較動作，在低電 平期間進(jìn)行自動調(diào)零動作。第3DA轉(zhuǎn)換電路3035在時鐘信號CLK的低 電平期間保持轉(zhuǎn)換確定數(shù)據(jù)，在高電平期間變?yōu)椴欢顟B(tài)。
第6放大電路3037在時鐘信號CLK從高電平向低電平的下降沿，對 第5放大電路3033的輸出模擬信號和第3DA轉(zhuǎn)換電路3035的輸出模擬 信號之間的差分信號進(jìn)行采樣。第6放大電路3037在時鐘信號CLK的低 電平期間放大已采樣的模擬信號，在高電平期間進(jìn)行自動調(diào)零動作。還有， 在采用第3減法放大電路3038的情況下，第3減法放大電路3038在時鐘 信號CLK從高電平向低電平的下降沿，對第5放大電路3033的輸出模擬 信號進(jìn)行采樣。第3減法放大電路3038在時鐘信號CLK的低電平期間， 從已采樣的模擬信號減去第3DA轉(zhuǎn)換電路3035的輸出模擬信號并放大， 在高電平期間進(jìn)行自動調(diào)零動作。
并且，第4級的第4AD轉(zhuǎn)換電路3039在時鐘信號CLK從低電平向 高電平的上升沿，對第6放大電路3037的輸出模擬信號進(jìn)行采樣。第4AD 轉(zhuǎn)換電路3039在時鐘信號CLK的高電平期間進(jìn)行比較動作，在低電平期 間進(jìn)行自動調(diào)零動作。由此，4個AD轉(zhuǎn)換電路3022、 3028、 3034、 3039通過在同一時鐘分別進(jìn)行不同的輸入模擬信號Vin的轉(zhuǎn)換動作而實現(xiàn)流水
線處理。
接著，對本實施例中的AD轉(zhuǎn)換器的其它的動作時序進(jìn)行說明。圖24 是表示本實施例中的AD轉(zhuǎn)換器的比較例中的動作過程的時序圖。因為第 2級以后的時序與圖23的時序相同，因此只說明第1級。比較例需要兩個 時鐘信號CLK。第2時鐘信號CLK2的頻率是第1時鐘信號CLK1的頻率 的2倍。
第1減法放大電路3026在第2時鐘信號CLK2每隔1周期從高電平 向低電平的下降沿，對輸入模擬信號Vin進(jìn)行采樣。第1減法放大電路3026 在第1時鐘信號CLK1的低電平期間從已采樣的輸入模擬信號Vin中減去 第IDA轉(zhuǎn)換電路3023的輸出模擬信號并放大。在第1時鐘信號CLK1的 高電平期間中的第2時鐘信號CLK2的高電平期間進(jìn)行自動調(diào)零動作。在 第1時鐘信號CLK1的高電平期間中的第2時鐘信號CLK2的低電平期間 變?yōu)椴贿M(jìn)行自動調(diào)零也不放大的無效期間t。
第1AD轉(zhuǎn)換電路3022以與第1減法放大電路3026對輸入模擬信號 Vin進(jìn)行采樣的時刻相同的時刻，對輸入模擬信號Vin進(jìn)行采樣。第1AD 轉(zhuǎn)換電路3022在第1時鐘信號CLK1的低電平期間和該期間隨后的第2 時鐘信號CLK2的高電平期間進(jìn)行自動調(diào)零動作，在該期間隨后的第2時 鐘信號CLK2的低電平期間進(jìn)行比較動作輸出比較結(jié)果。第1DA轉(zhuǎn)換電 路3023在第1時鐘信號CLK1的低電平期間保持轉(zhuǎn)換確定數(shù)據(jù)，在高電 平期間變?yōu)椴欢顟B(tài)。
由此，比較例在第1減法放大電路3026中產(chǎn)生既不進(jìn)行自動調(diào)零也 不進(jìn)行減法放大的無效期間t。其原因是由于第1AD轉(zhuǎn)換電路3022和第1 減法放大電路3026由相同的時序?qū)δM信號Vin進(jìn)行采樣。即同時對模 擬信號Vin進(jìn)行采樣之后，與第1AD轉(zhuǎn)換電路3022立刻能開始與參考電 壓的比較動作相對應(yīng)，第1減法放大電路3026在由第IDA轉(zhuǎn)換電路3023 結(jié)束轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的確定之前不進(jìn)行減法放大。由此，比較例必須在比圖23 的動作時序中所使用的時鐘信號CLK更快的第2時鐘信號CLK2控制第 1AD轉(zhuǎn)換電路3022和第1減法放大電路3026。
與此對應(yīng)，在圖23中所表示的動作例，由第1AD轉(zhuǎn)換電路3022對參考電壓進(jìn)行采樣，在該比較動作期間輸入模擬信號Vin。由此，第l減
法放大電路3026變?yōu)椴恍杓涌炷M信號Vin的采樣時序，可使自動調(diào)零 期間比比較例更長。由此，也不需要象比較動作例的第2時鐘信號CLK2 那樣快的時序信號。
由此，根據(jù)本實施例，可使1步放大級和2步放大級混合在一起的流 水線型的AD轉(zhuǎn)換器在不產(chǎn)生無效期間t的期間進(jìn)行動作。此外，不需要 生成1步放大級控制用的特別的第2時鐘信號CLK，可由相同的時鐘信號 CLK控制所有級。還有，通過將初級由l步放大構(gòu)成，可使AD轉(zhuǎn)換器整 體的特性提高。即在初級中輸入的信號是在接通減法電路前的信號中的最 大的信號。如果象2步放大那樣，設(shè)置與AD轉(zhuǎn)換電路并聯(lián)的放大電路， 那么根據(jù)該放大電路的輸出電壓范圍存在特性劣化的可能性。特別如果減 小放大電路的電源電壓，那么該輸出電壓范圍變窄，該傾向增強(qiáng)。
此外，如上所述2步放大，與該級的AD轉(zhuǎn)換平行，可放大輸入信號。 由此，可減小第2步的放大電路的放大率，可將該放大電路高速化。因此， 可提高時鐘信號CLK自身的頻率。由此，根據(jù)本實施例，使無效期間t 不產(chǎn)生，可實現(xiàn)特性提高和高速化兩方面。 (第3實施方式的第2實施例)
第3實施方式的第2實施例是由1步放大在非循環(huán)型的前級中轉(zhuǎn)換出 4位，由2步放大在循環(huán)型的后級中每次轉(zhuǎn)換出兩位，通過后級迸行3次， 輸出總計10位的AD轉(zhuǎn)換器的例子。
圖25表示本實施例中AD轉(zhuǎn)換器的構(gòu)成。在該AD轉(zhuǎn)換器中，首先 對前級進(jìn)行說明。將輸入模擬信號Vin輸入到第1AD轉(zhuǎn)換電路3042以及 第1減法放大電路3046中。第1AD轉(zhuǎn)換電路3042是高速型的AD轉(zhuǎn)換 電路，其分辨率即轉(zhuǎn)換位數(shù)為4位。第1AD轉(zhuǎn)換電路3042對輸入模擬信 號Vin進(jìn)行采樣，將采樣后的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，取出高4位(D9 D6)， 輸出到圖中未示出的編碼器以及第IDA轉(zhuǎn)換電路3043中。第1DA轉(zhuǎn)換 電路3043將由第1AD轉(zhuǎn)換電路3042轉(zhuǎn)換的數(shù)字值轉(zhuǎn)換為模擬值。第1 減法放大電路3046對輸入模擬信號Vin進(jìn)行采樣，從該輸入模擬信號Vin 減去第IDA轉(zhuǎn)換電路3043的輸出模擬信號，放大到2倍。
接著，對后級進(jìn)行說明。第1開關(guān)SW301以及第2開關(guān)SW302是交替導(dǎo)通截止的開關(guān)。在第1開關(guān)SW301導(dǎo)通，第2開關(guān)SW302截止的狀 態(tài)中，將從前級的第1減法放大電路3046介由第1開關(guān)SW301輸入的模 擬信號輸入到第3放大電路3047以及第2AD轉(zhuǎn)換電路3048中。第2AD 轉(zhuǎn)換電路3048也是高速型的AD轉(zhuǎn)換電路，其分辯率即包括冗余1位的 位數(shù)是3位。將第2AD轉(zhuǎn)換電路3048內(nèi)的比較器的參考電壓設(shè)定為第1AD 轉(zhuǎn)換電路3042的1 / 2。第2AD轉(zhuǎn)換電路3048對第1減法放大電路3046 的輸出模擬信號進(jìn)行采樣，將釆樣后的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，從高位取出5、 6位(D5、 D4)，輸出到圖中未示出的編碼器以及第2DA轉(zhuǎn)換電路3049 中。
第2DA轉(zhuǎn)換電路3049將由第2AD轉(zhuǎn)換電路3048轉(zhuǎn)換的數(shù)字值轉(zhuǎn)換 為模擬值。此時，將該數(shù)字值放大到2倍，轉(zhuǎn)換為模擬值。第3放大電路 3047對第1減法放大電路3046的輸出模擬信號進(jìn)行采樣，將采樣后的信 號放大到2倍輸出到第2減法電路3050中。第2減法電路3050從第3放 大電路3047的輸出模擬信號減去第2DA轉(zhuǎn)換電路3049的輸出模擬信號， 輸出到第4放大電路3051中。
第4放大電路3051將第2減法電路3050的輸出模擬信號放大到2倍。 在該階段，第1開關(guān)SW301變?yōu)榻刂沟臓顟B(tài)，第2開關(guān)SW302變?yōu)閷?dǎo)通 的狀態(tài)。將第4放大電路3051的輸出模擬信號介由第2開關(guān)SW302向第 3放大電路3047以及第2AD轉(zhuǎn)換電路3048反饋。還有，第2減法電路 3050以及第4放大電路305也可采用一體型的第2減法放大電路3052。 以下重復(fù)上述的處理。第2DA轉(zhuǎn)換電路3049從高位取出7、 8位(D3、 D2)以及從高位取出9、 IO位(Dl， DO)。由此，可得到10位的數(shù)字值。 由循環(huán)型的后級從高位得到5 10位。
接著，對本實施例中AD轉(zhuǎn)換器的動作時序進(jìn)行說明。圖26是表示 本實施例中AD轉(zhuǎn)換器的動作過程的時序圖。以下按照從圖自上而下的次 序進(jìn)行說明。3個信號波形表示第1時鐘信號CLK1、第2時鐘信號CLK2 以及開關(guān)信號CLKSW。第1時鐘信號CLK1控制第1減法放大電路3046、 第1AD轉(zhuǎn)換電路3042以及第IDA轉(zhuǎn)換電路3043的動作。第2時鐘信號 CLK2控制第3放大電路3047、第4放大電路3051 、第2AD轉(zhuǎn)換電路3048 以及第2DA轉(zhuǎn)換電路3049的動作。開關(guān)信號CLKSW對第1開關(guān)SW301以及第2開關(guān)SW302的導(dǎo)通或截止進(jìn)行控制。
第2時鐘信號CLK2的頻率是第1時鐘信號CLK1的頻率的3倍。第 2時鐘信號CLK2，也可以以第1時鐘信號CLK101為基礎(chǔ)，用PLL等倍 頻生成。第2時鐘信號CLK2，其上升沿和第1時鐘信號CLK101的上升 沿同步后，接著的第2個下降沿和第1時鐘信號CLK1接著的下降沿同步， 而且在接著的第2個上升沿和第1個時鐘信號CLK1接著的上升沿同步。 因為第2時鐘信號CLK2的頻率是第1時鐘信號CLK1的頻率的3倍，所 以后級的轉(zhuǎn)換處理速度也是前級的轉(zhuǎn)換處理速度的3倍。由于在更高位的 轉(zhuǎn)換處理中的減法或放大等的模擬處理的精度對整體的轉(zhuǎn)換精度有很大 的影響，所以要求擔(dān)當(dāng)該處理的前級有適當(dāng)?shù)母呔取Ｒ虼?，在本實施?式的構(gòu)成中，與前級相比不要求處理精度的后級，可由前級的處理速度而 提高其轉(zhuǎn)換處理速度。
第1減法放大電路3046在第1時鐘信號CLK1的下降沿，對輸入模 擬信號Vin進(jìn)行采樣。第1減法放大電路3046在第1時鐘信號CLK1的 低電平期間，從采樣后的模擬信號Vin中減去第IDA轉(zhuǎn)換電路3043的輸 出模擬信號并放大。在第1時鐘信號CLK1的高電平期間進(jìn)行自動調(diào)零動 作。第1AD轉(zhuǎn)換電路3042在第1時鐘信號CLK1的上升沿，對規(guī)定的參 考電壓進(jìn)行采樣。第1AD轉(zhuǎn)換電路3024在第1時鐘信號CLK1的高電平 期間，進(jìn)行轉(zhuǎn)換動作輸出數(shù)字值D9 D6，在低電平期間進(jìn)行自動調(diào)零動 作。第IDA轉(zhuǎn)換電路3013在第1時鐘信號CLK1的低電平期間保持轉(zhuǎn)換 確定數(shù)據(jù)，在高電平期間變?yōu)椴欢顟B(tài)。
第1開關(guān)SW301在開關(guān)信號CLKSW為高電平時導(dǎo)通，在開關(guān)信號 CLKSW為低電平時截止。第2開關(guān)SW302在開關(guān)信號CLKSW為低電平 時導(dǎo)通，在開關(guān)信號CLKSW為高電平時截止。
第3放大電路3047以及第2AD轉(zhuǎn)換電路3048在第2時鐘信號CLK2 的上升沿，對輸入的模擬信號進(jìn)行采樣。第3放大電路3047在第2時鐘 信號CLK2的高電平期間放大已采樣的模擬信號，在低電平期間進(jìn)行自動 調(diào)零動作。第2AD轉(zhuǎn)換電路3048在轉(zhuǎn)換最低位D1、 DO的期間不放大。 第4放大電路3051在第2時鐘信號CLK2下降沿，對第3放大電路3047 的輸出模擬信號和第2DA轉(zhuǎn)換電路3049的輸出模擬信號之間的差分信號進(jìn)行采樣。第4放大電路3051在第2時鐘信號CLK2的低電平期間放大 已采樣的模擬信號，在高電平期間進(jìn)行自動調(diào)零動作。在不用第4放大電 路3051而采用第2減法放大電路3052的情況下，第2減法放大電路3052 在第2時鐘信號CLK2的下降沿，對第3放大電路3047的輸出模擬信號 進(jìn)行采樣。第2減法放大電路3052在第2時鐘信號CLK2的低電平期間， 從已采樣的模擬信號減去第2DA轉(zhuǎn)換電路3049的輸出模擬信號并放大。 在高電平期間進(jìn)行自動調(diào)零動作。第2AD轉(zhuǎn)換電路3048在轉(zhuǎn)換D1、 DO 后的下一個半個時鐘期間不進(jìn)行放大。
第2AD轉(zhuǎn)換電路3048在第2時鐘信號CLK2的上升沿，對輸入的模 擬信號進(jìn)行采樣。第2AD轉(zhuǎn)換電路3048在第2時鐘信號CLK2的高電平 期間進(jìn)行轉(zhuǎn)換動作，輸出包括冗余位量的3位，在低電平期間進(jìn)行自動調(diào) 零動作。第2DA轉(zhuǎn)換電路3049在第2時鐘信號CLK2的低電平期間保持 轉(zhuǎn)換確定數(shù)據(jù)，在高電平期間變?yōu)椴欢顟B(tài)。在第2AD轉(zhuǎn)換電路3048的 輸出為D1、 DO時不進(jìn)行轉(zhuǎn)換動作。
第1減法放大電路3046、第3放大電路3047、第4放大電路3051、 第1AD轉(zhuǎn)換電路3042以及第2AD轉(zhuǎn)換電路3048的自動調(diào)零期間是對輸 入的信號進(jìn)行采樣中的狀態(tài)。如圖所示，第2AD轉(zhuǎn)換電路3048在轉(zhuǎn)換處 理D5、 D4以及D3、 D2的期間，第1AD轉(zhuǎn)換電路3042同時對接著輸入 的輸入模擬信號Vin進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理。根據(jù)上述的流水線處理，作為AD轉(zhuǎn) 換器整體將第1時鐘信號CLK1作為基準(zhǔn)可1周期1次輸出10位的數(shù)字 值。
接著，對本實施例中的AD轉(zhuǎn)換器的其它動作時序進(jìn)行說明。圖27 是表示本實施例中的AD轉(zhuǎn)換器的比較例中的動作過程的時序圖。由于后 級的時序與圖26的時序相同，因此只說明前級。比較例還需要第3時鐘 信號CLK3。第3時鐘信號CLK3的頻率是第1時鐘信號CLK1的頻率的 2倍。
第1減法放大電路3046在每隔第3時鐘信號CLK3的1個周期的下 降沿，對輸入模擬信號Vin進(jìn)行采樣。第1減法放大電路3046在第1時 鐘信號CLK1的低電平期間從已采樣的輸入模擬信號Vin減去第IDA轉(zhuǎn) 換電路3043的輸出模擬信號，進(jìn)行放大。在第1時鐘信號CLK1的高電平期間中的第3時鐘信號CLK3的高電平期間進(jìn)行自動調(diào)零動作。將在第
1時鐘信號CLK1的高電平期間中的第3時鐘信號CLK3的低電平期間作 為不進(jìn)行自動調(diào)零不放大的無效期間t。
第1AD轉(zhuǎn)換電路3042以與第1減法放大電路3046對輸入模擬信號 Vin進(jìn)行采樣的時刻相同的時刻，對輸入模擬信號Vin進(jìn)行采樣。第1AD 轉(zhuǎn)換電路3042在第1時鐘信號CLK1的低電平期間和該期間隨后的第3 時鐘信號CLK3的高電平期間進(jìn)行自動調(diào)零動作，在該期間隨后的第3時 鐘信號CLK3的低電平期間進(jìn)行比較動作輸出比較結(jié)果。第1DA轉(zhuǎn)換電 路3043在第1時鐘信號CLK1的低電平期間保持轉(zhuǎn)換確定數(shù)據(jù)，在高電 平期間變?yōu)椴欢顟B(tài)。
由此，比較動作例在第1減法放大電路3046中產(chǎn)生不進(jìn)行自動調(diào)零 也不進(jìn)行減法放大的無效期間t。其原因在于第1AD轉(zhuǎn)換電路3042和第1 減法放大電路3046以相同的時序?qū)δM信號Vin進(jìn)行采樣。即同時對模 擬信號Vin進(jìn)行采樣后，與第1AD轉(zhuǎn)換電路3042立刻開始與參考電壓的 比較動作對應(yīng)，第1減法放大電路3046在由第IDA轉(zhuǎn)換電路3043結(jié)束 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的確定之前，不可進(jìn)行減法放大。由此，比較例必須由比在圖26 的動作時序中已使用的第1時鐘信號CLK更快的第3時鐘信號CLK3控 制第1AD轉(zhuǎn)換電路3042和第1減法放大電路3046。
與此對應(yīng)，在圖26中所示的動作例，由第1AD轉(zhuǎn)換電路3042對參 考電壓進(jìn)行采樣，在該比較動作期間輸入模擬信號Vin。由此，第l減法 放大電路3046不需加快模擬信號Vin的采樣時序，可使自動調(diào)零期間比 比較例更長。因此，不需要象比較動作例的第3時鐘信號CLK3那樣快的 時序信號。
由此，根據(jù)本實施例，可使非循環(huán)型的1步放大級和循環(huán)型的2步放 大級混合在一起的AD轉(zhuǎn)換器在不產(chǎn)生無效期間t的期間迸行動作。此外， 可在1步放大中由1個第1時鐘信號CLK控制非循環(huán)型級。而且通過由1 步放大構(gòu)成初級，可使AD轉(zhuǎn)換器整體的特性提高。即輸入到初級的信號 因為是通入減法電路前的信號所以是最大的信號。如果設(shè)置象2步放大那 種與AD轉(zhuǎn)換電路并聯(lián)的放大電路，那么根據(jù)該放大電路的輸出電壓范圍 存在特性劣化的可能性。特別如果減小放大電路的電源電壓，那么該輸出電壓范圍變窄，該傾向增強(qiáng)。
此外，如上所述2步放大，與該級的AD轉(zhuǎn)換平行，可放大輸入信號。 由此，可減小第2步的放大電路的放大率，可將該放大電路高速化。因此，
可提高第1時鐘信號CLK1以及第2時鐘信號CLK2自身的頻率。由此， 根據(jù)本實施例，使無效期間t不產(chǎn)生，可實現(xiàn)特性提高和高速化兩方面。 (第3實施方式的第3實施例)
第3實施方式的第3實施例是如下的例子在本實施方式的第2實施 例的AD轉(zhuǎn)換器上進(jìn)一步外加1步放大的級的AD轉(zhuǎn)換器，通過在1步放 大的第1級中轉(zhuǎn)換出4位，在1步放大的第2級中轉(zhuǎn)換出2位，在2步放 大中由循環(huán)型的第3級每次兩位轉(zhuǎn)換3次，合計輸出12位的AD轉(zhuǎn)換器。
圖28表示第3實施方式的第3實施例中的AD轉(zhuǎn)換器的構(gòu)成。第2 級以后的說明基本與本實施方式的第2實施例的說明大致相同。但是，不 同點在于第2級的轉(zhuǎn)換位數(shù)從本實施方式的第2實施例的前級的4位變?yōu)?2位。此外，如果將第2級的AD轉(zhuǎn)換電路的參考電壓和第3級的AD轉(zhuǎn) 換電路參考電壓設(shè)置為相同，那么如圖28所示第2級的放大率變?yōu)?倍。 并且對附加的第1級可直接采用本實施方式的第2實施例的前級的說明。 此外，動作時序也與圖26中所示的時序圖基本相同。第1級的AD轉(zhuǎn)換 電路3062、 DA轉(zhuǎn)換電路3063以及減法放大電路3066由第1時鐘信號 CLK1控制。第2級的各構(gòu)成元件也可由第1時鐘信號CLK1控制，也可 由第2時鐘信號CLK2控制。
由此，根據(jù)本實施例，可使將非循環(huán)型的1步放大的兩個級和在2步 放大中循環(huán)型級混合在一起的AD轉(zhuǎn)換器以不產(chǎn)生無效期間t而進(jìn)行動作。 此外通過由1步放大構(gòu)成初級，可使AD轉(zhuǎn)換器整體的特性提高。此外如 上所述2級放大可使AD轉(zhuǎn)換器整體高速化。由此，根據(jù)本實施例，使無 效期間t不產(chǎn)生，可實現(xiàn)特性提高和高速化兩方面。
以上，以實施例說明了本實施方式。該實施例是例示，在其各構(gòu)成要 素或各處理步驟的組合中有各種變形例。此外，上述的變形例也在本實施 方式的范圍中，這點同行的普通技術(shù)人員可理解。
在本實施方式的上述實施例中所記載的AD轉(zhuǎn)換位數(shù)和其分配、放大 電路的放大率等參數(shù)不過是一例，在變形例中這些參數(shù)也可以采用其他的數(shù)值。此外，AD轉(zhuǎn)換器整體的級數(shù)、l步放大的級數(shù)、2步放大的級數(shù)、
循環(huán)型級數(shù)以及非循環(huán)型級數(shù)可任意設(shè)定。
權(quán)利要求
1、一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將輸入模擬信號分為多次轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，其特征在于，具有多個級，其將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換為規(guī)定位數(shù)的數(shù)字值；所述多個級內(nèi)的一個以上的級是將輸入到本級的模擬信號由1個放大元件放大的級；所述放大元件是第1減法放大電路，該第1減法放大電路對輸入到本級的模擬信號進(jìn)行采樣并保持，從該已采樣的模擬信號中減去將由本級已轉(zhuǎn)換的數(shù)字值再轉(zhuǎn)換為模擬值的信號并進(jìn)行放大；所述多個級內(nèi)的其它的1個以上的級是將輸入到本級的模擬信號由多個放大元件進(jìn)行放大的級；所述多個放大元件內(nèi)的1個放大元件是對輸入到本級的模擬信號進(jìn)行采樣并保持的采樣保持電路，或?qū)斎氲奖炯壍哪M信號進(jìn)行采樣并以規(guī)定的放大率放大的放大電路；所述多個放大元件內(nèi)的其它的放大元件是第2減法放大電路，該第2減法放大電路從所述采樣保持電路或所述放大電路的輸出模擬信號中減去將由本級已轉(zhuǎn)換的數(shù)字值再轉(zhuǎn)換為模擬值的信號并進(jìn)行放大。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述第l減法放大電路，為了將輸入到本級的模擬信號進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換 而與采樣時序同步，直接采樣該模擬信號。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2中所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于， 包括所述第1減法放大電路的級是初級。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2中所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于， 所述多個級內(nèi)的任意級是將本級的輸出模擬信號反饋到本級的輸入中的循環(huán)型的級。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2中所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于， 所述第l減法放大電路，對所述輸入的模擬信號進(jìn)行采樣后，至少在確定由所述本級轉(zhuǎn)換的數(shù)字值向模擬值的轉(zhuǎn)換之前進(jìn)行保持。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或2中所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述第1減法放大電路在比自動調(diào)零期間更長的期間內(nèi)進(jìn)行放大。
7、 一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將輸入模擬信號由多級分為多次轉(zhuǎn)換為數(shù)字信 號，其特征在于，各級具有AD轉(zhuǎn)換電路，其將輸入到自身的模擬信號和規(guī)定的參考電壓進(jìn)行比較，轉(zhuǎn)換為規(guī)定位數(shù)的數(shù)字值；按照使對所述AD轉(zhuǎn)換電路的所述模擬信號的輸入時序和所述規(guī)定的參考電壓的輸入時序中的任一個的時序在先的方式在每級中進(jìn)行設(shè)定。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7中所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述AD轉(zhuǎn)換電路，或在非動作期間結(jié)束時對所述模擬信號進(jìn)行采樣， 在比較動作期間中或輸入規(guī)定的參考電壓，或在非動作期間的結(jié)束時對規(guī) 定的參考電壓進(jìn)行采樣，在比較動作期間中輸入所述模擬信號，根據(jù)各級 的構(gòu)成而不同。
9、 一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將輸入模擬信號由多級分為多次轉(zhuǎn)換為數(shù)字信 號，其特征在于，分別具有1個以上的由1個放大元件進(jìn)行放大的第1型級，和1個 以上的由兩個放大元件進(jìn)行放大的第2型級；所述第1型級的AD轉(zhuǎn)換電路，對規(guī)定的參考電壓進(jìn)行采樣，在比較 動作期間中向本級輸入模擬信號；所述第2型級的AD轉(zhuǎn)換電路對輸入到 本級的模擬信號進(jìn)行采樣，在比較動作期間中輸入規(guī)定的參考電壓。
10、 一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將輸入模擬信號由多級分為多次轉(zhuǎn)換為數(shù)字信 號，其特征在于，分別具有1個以上的第1型級和第2型級，所述第l型級包括AD轉(zhuǎn)換電路，其將輸入到本級的模擬信號和規(guī) 定的參考電壓進(jìn)行比較，轉(zhuǎn)換為規(guī)定位數(shù)的數(shù)字值；和減法放大電路，其 對所述模擬信號進(jìn)行采樣，減去相當(dāng)于所述AD轉(zhuǎn)換電路的轉(zhuǎn)換數(shù)字值的 模擬信號，以規(guī)定的放大率放大；所述第2型級包括AD轉(zhuǎn)換電路，其將輸入到本級的模擬信號和規(guī) 定的參考電壓進(jìn)行比較，轉(zhuǎn)換為規(guī)定位數(shù)的數(shù)字值；第1放大電路，其對 所述模擬信號進(jìn)行采樣，以規(guī)定的放大率進(jìn)行放大或保持；減法電路，其 從該第1放大電路的輸出模擬信號中減去相當(dāng)于所述AD轉(zhuǎn)換電路的轉(zhuǎn)換數(shù)字值的模擬信號；和第2放大電路，其將該減法電路的輸出模擬信號以 規(guī)定的放大率放大；所述第1型級的AD轉(zhuǎn)換電路，對規(guī)定的參考電壓進(jìn)行采樣，在比較 動作期間中被輸入對于本級的模擬信號，所述第2型級的AD轉(zhuǎn)換電路將 輸入到本級的模擬信號進(jìn)行采樣，在比較動作期間中輸入規(guī)定的參考電 壓。
11、 根據(jù)權(quán)利要求7到10的中任一項中所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征 在于，在所述多級內(nèi)，初級的AD轉(zhuǎn)換電路，對規(guī)定的參考電壓進(jìn)行采樣， 在比較動作期間中被輸入對于本級的模擬信號。
12、 根據(jù)權(quán)利要求7到10中的任一項中所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征 在于，在所述多級內(nèi)，包括將本級的輸出模擬信號反饋到本級的輸入中的級。
全文摘要
模數(shù)轉(zhuǎn)換器，具有多個級，一個以上的級是將輸入到本級的模擬信號由1個放大元件放大的級；放大元件是第1減法放大電路，其對輸入到本級的模擬信號進(jìn)行采樣并保持，從該已采樣的模擬信號中減去將由本級已轉(zhuǎn)換的數(shù)字值再轉(zhuǎn)換為模擬值的信號并進(jìn)行放大；多個級內(nèi)的其它的1個以上的級是將輸入到本級的模擬信號由多個放大元件進(jìn)行放大的級；多個放大元件內(nèi)的1個放大元件是對輸入到本級的模擬信號進(jìn)行采樣并保持的采樣保持電路，或?qū)斎氲奖炯壍哪M信號進(jìn)行采樣并以規(guī)定的放大率放大的放大電路；多個放大元件內(nèi)的其它的放大元件是第2減法放大電路，其從采樣保持電路或放大電路的輸出模擬信號中減去將由本級已轉(zhuǎn)換的數(shù)字值再轉(zhuǎn)換為模擬值的信號并進(jìn)行放大。
文檔編號H03M1/16GK101615908SQ200910203879
公開日2009年12月30日 申請日期2005年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月10日
發(fā)明者和田淳, 小林重人, 谷邦之 申請人:三洋電機(jī)株式會社