JP3777924B2 - Pipeline A / D converter - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パイプラインA/D変換器に関し、特に回路規模を小さくすることが可能なパイプラインA/D変換器に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のパイプラインA/D変換器は入力信号を1ビット等の低分解能のA/D変換器で量子化すると共に入力信号から量子化した分のアナログ値を減算して適宜増幅して後段に出力するパイプラインステージを複数個直列に接続することによりA/D変換器を構成するものである。
【0003】
図4はこのような従来の8ビットのパイプラインA/D変換器の一例を示す構成ブロック図である。図4において1は1.5ビットA/D変換器、2は1.5ビットD/A変換器、3は減算器、4は利得が2倍の増幅器、5,6,7,8,9,10及び11は2ビットデータを7〜1周期分記憶する記憶回路、100はアナログ入力信号、101はディジタル出力信号である。
【0004】
また、1〜4はパイプラインステージ50aを構成し、50b,50c,50d,50e,50f及び50gはパイプラインステージ50aと同一回路構成のパイプラインステージであり、50a〜50gはパイプラインA/D手段51を構成している。さらに、52は演算手段であり、5〜11及び52はエラーコレクション手段53を構成している。
【0005】
アナログ入力信号100はパイプラインステージ50aを構成するA/D変換器1の入力端子及び減算器3の加算入力端子にそれぞれ接続され、A/D変換器1の2ビット出力は記憶回路5に出力されると共にD/A変換器2のディジタル入力端子に接続される。D/A変換器2の出力は減算器3の減算入力端子に接続され、減算器3の出力は増幅器4に接続される。
【0006】
同様にパイプラインステージ50aの出力はパイプラインステージ50bに接続され、パイプラインステージ50bの出力はパイプラインステージ50cに接続され、パイプラインステージ50cの出力はパイプラインステージ50dに接続される。
【0007】
そして、パイプラインステージ50dの出力はパイプラインステージ50eに接続され、パイプラインステージ50eの出力はパイプラインステージ50fに接続され、パイプラインステージ50fの出力はパイプラインステージ50gに接続される。
【0008】
また、パイプラインステージ50b、50c、50d,50e、50f及び50gの各々の2ビット出力はそれぞれ記憶回路6、7、8、9、10及び11に出力され、記憶回路5〜11の出力は演算手段52に接続され、演算手段52はディジタル出力信号101を出力する。
【0009】
ここで、図4に示す従来例の動作を図5、図6、図7、図8、図9、図10及び図11を用いて説明する。図5は説明の簡単のため3段のパイプラインステージで構成されたパイプラインA/D手段の一例を示す構成ブロック図、図6は1.5ビットA/D変換器の入出力を示す表、図7は1.5ビットD/A変換器の入出力を示す表、図8は各パイプラインステージにおける動作等を説明する説明図、
図9はエラーコレクションの具体例を示す説明図、図10は図4に示す従来例の動作を説明するタイミング図、図11は図4に示す従来例の動作を説明する説明図である。
【0010】
図5において100は図4と同一符号を付してあり、1a,1b及び1cは1.5ビットA/D変換器、2a,2b及び2cは1.5ビットD/A変換器、3a,3b及び3cは減算器、4a,4b及び4cは利得が2倍の増幅器である。
【0011】
1.5ビットのA/D変換器1a〜1cは2つの閾値電圧に基づき2ビットのコードを出力する。例えば、アナログ入力信号100のフルスパンを”FS”とした場合、”−FS/8”及び”+FS/8”を閾値電圧とする。
【0012】
そして、1.5ビットのA/D変換器1a〜1cの入出力は図6に示す関係になる。入力信号を”Vin”とすれば、”−FS≦Vin<−FS/8”の場合には2ビットのコード”00(=0)”を、”−FS/8≦Vin<+FS/8”の場合には2ビットのコード”01(=1)”を、”+FS/8≦Vin<+FS”の場合には2ビットのコード”10(=2)”をそれぞれ出力する。
【0013】
一方、1.5ビットD/A変換器2a〜2cは図7に示す関係になり、2ビットの入力コードが”00(=0)”の場合には”−FS/4”の電圧を出力し、2ビットの入力コードが”01(=1)”の場合には”0”の電圧を出力し、2ビットの入力コードが”10(=2)”の場合には”+FS/4”の電圧を出力する。
【0014】
ここで、図8中”PR01”に示すようにアナログ入力信号100をフルスパン(−FS/2〜+FS/2)で変化させた場合を考えると、1段目のパイプラインステージのA/D変換器1aは閾値電圧である”±FS/8”で出力コードが切り換わり、図8中”DC01”に示すような値となる(但し、図8では2ビットコードではなく10進数で表記している。)。
【0015】
この時、D/A変換器2aの出力は図7に示す表に従って変化する。すなわち、入力コードが”0(=00)”の領域では”−FS/4”が出力されるので、減算器3aによりアナログ入力信号100に”FS/4”が加算され、入力コードが”1(=01)”の領域では”0”が出力されるので、減算器3aによりアナログ入力信号100に”0”が加算され、入力コードが”2(=10)”の領域では”+FS/4”が出力されるので、減算器3aによりアナログ入力信号100に”FS/4”が減算される。
【0016】
そして、減算器3aの出力は増幅器4aにより2倍にされるので、増幅器4aの出力信号は図8中”PR02”に示すようになる。例えば、図8中”DC01”に示す入力コードが”0(=00)”の領域ではアナログ入力信号100に”FS/4”が加算されて2倍された信号になる。
【0017】
同様に、2段目のパイプラインステージのA/D変換器1bも閾値電圧である”±FS/8”で出力コードが切り換わり、図8中”DC02”に示すような値となる。
【0018】
そして、図8中”PR02”に示す増幅器4aの出力には図7に示す表に従ってD/A変換器2bの出力が減算されて増幅器3bで2倍されるので、増幅器4bの出力信号は図8中”PR03”に示すようになる。例えば、図8中”DC02”に示す入力コードが”0(=00)”の領域では増幅器4aの出力に”FS/4”が加算されて2倍された信号になる。
【0019】
最後に、3段目のパイプラインステージのA/D変換器1cも閾値電圧である”±FS/8”で出力コードが切り換わり、図8中”DC03”に示すような値となる。
【0020】
さらに、エラーコレクションについて説明する。図8中”PT01”に示すタイミングの近傍ではA/D変換器1bの出力は”10(=2)”から”00(=0)”に切り換わってしまう。すなわち、図8中”PT01”近傍では図9中(1)及び(2)に示すような出力コードをとり得ることになる。
【0021】
図9中(1)に示すように1〜3段目のパイプラインステージの出力コードが2進数で”10”,”00”及び”01”であった場合、上位ビットを1ビット左にシフト(2倍)して下位ビットと加算することにより、”1001(=9)”と言うA/D変換結果を得ている。
【0022】
一方、図9中(2)に示すように1〜3段目のパイプラインステージの出力コードが2進数で”01”,”10”及び”01”であった場合でも、上位ビットを1ビット左にシフト(2倍)して下位ビットと加算することにより、”1001(=9)”と言う(1)と同様のA/D変換結果を得ている。
【0023】
このような、エラーコレクションにより図8中”PT01”近傍であってもコードの切り換わりが補正させることになる。
【0024】
この結果、3段のパイプラインステージで得られたコードをエラーコレクションすることにより4ビットのA/D変換結果を得ることが可能になる。すなわち、”パイプラインステージ数+1”ビット分解能のA/D変換器が実現できる。
【0025】
但し、実際には各段のパイプラインステージからの出力コードを順次記憶しておき、タイミングを合わせてエラーコレクションを行う必要がある。
【0026】
すなわち、図10に示すように各段のパイプラインステージからは順次新しいコードが出力されるので、記憶回路5〜11により7〜1周期分のコード記憶する、若しくは、7〜1周期遅延させることにより、演算手段52にタイミングの合ったコードを入力することができる。
【0027】
図10において”DU7”等の記号は図4中の記号と対応しており、”DU7”は1段目のパイプラインステージの上位ビット、”DL1”は7段目のパイプラインステージの下位ビットを示している。
【0028】
例えば、図10において”***_1(***はDU7等の任意の文字列)”に示すようなデータに対してエラーコレクションする場合を考えると、図10中”PT11”に示すタイミングで記憶回路5〜11によるタイミングのあったコードが入力されるので、演算手段52は、図11に示すように各段のパイプラインステージの上位ビットを1ビット左にシフト(2倍)して下位ビットと加算することにより、図11中”AD7〜AD0”に示すような8ビットのA/D変換結果を得ている。
【0029】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図10からも分かるように従来のパイプラインA/D変換器ではエラーコレクションに必要なデータが揃うまでデータ記憶等しなければならず、記憶回路に記憶するデータ量が多くなり、回路規模が大きくなってしまうといった問題点があった。
【0030】
また、必要なデータが揃ってから一気にエラーコレクションを行うため回路規模も大きく、高速動作に適さないと言った問題点があった。例えば、図4に示す従来例ではエラーコレクションを行うために7ビットと7ビットのデータを加算する加算器が必要になってしまう。
従って本発明が解決しようとする課題は、回路規模を小さくすることが可能なパイプラインA/D変換器を実現することにある。
【0031】
【課題を解決するための手段】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項1記載の発明は、
パイプラインA/D変換器において、
入力信号のディジタル信号に変換する1.5ビットA/D変換器と、このA/D変換器の出力をアナログ信号に変換する1.5ビットD/A変換器と、前記入力信号から前記D/A変換器の出力を減算する減算器と、この減算器の出力を増幅して出力する増幅器とから構成されるパイプラインステージが2段直列接続されたパイプラインA/D手段と、
1段目の前記パイプラインステージからのディジタルデータを記憶する第1の記憶回路と、前記記憶回路の出力のうち前記1段目のパイプラインステージの下位ビットに2段目のパイプラインステージの上位ビットを加算して、下位ビットからの桁上がりを前記1段目のパイプラインステージの上位ビットに加算するディジタル加算回路と、このディジタル加算回路の出力に前記2段目パイプラインステージの下位ビットを最下位ビットとして付加して記憶する第2の記憶回路とから成るエラーコレクション手段とを備えたことにより、記憶回路の回路規模を小さくすることが可能になる。
【0032】
請求項2記載の発明は、
請求項1記載の発明であるパイプラインA/D変換器において、
前記記憶回路が、
D型フリップフロップ回路で構成されることにより、記憶回路の回路規模
を小さくすることが可能になる。
【0033】
請求項3記載の発明は、
請求項1記載の発明であるパイプラインA/D変換器において、
前記ディジタル加算回路が、
ハーフアダーと、桁上がり処理を行う反転出力の論理積回路とから構成されることにより、記憶回路の回路規模を小さくすることが可能になる。
【0034】
請求項4記載の発明は、
請求項1記載の発明であるパイプラインA/D変換器において、
前記ハーフアダーが、
排他的論理和回路と、反転出力の排他的論理和回路とから構成されることに
より、記憶回路の回路規模を小さくすることが可能になる。
【0037】
【発明の実施の形態】
以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図1は本発明に係るパイプラインA/D変換器の一実施例を示す構成ブロック図である。
【0038】
図1において1〜4、50a〜50g,51及び100は図4と同一符号を付してあり、12,14,16,18,20,22及び24は2ビット〜8ビットデータを記憶する記憶回路、13,15,17,19,21及び23は複数ビットデータと1ビットデータとを加算するディジタル加算回路、54は出力回路、101aはディジタル出力信号である。また、12〜24及び54はエラーコレクション手段55を構成している。
【0039】
アナログ入力信号100はパイプラインステージ50aを構成するA/D変換器1の入力端子及び減算器3の加算入力端子にそれぞれ接続され、A/D変換器1の2ビットデータ”DU7”及び”DL7”は2ビットの記憶回路12に出力されると共にD/A変換器2のディジタル入力端子に接続される。D/A変換器2の出力は減算器3の減算入力端子に接続され、減算器3の出力は増幅器4に接続される。
【0040】
同様にパイプラインステージ50aの出力はパイプラインステージ50bに接続され、パイプラインステージ50bの出力はパイプラインステージ50cに接続され、パイプラインステージ50cの出力はパイプラインステージ50dに接続される。
【0041】
そして、パイプラインステージ50dの出力はパイプラインステージ50eに接続され、パイプラインステージ50eの出力はパイプラインステージ50fに接続され、パイプラインステージ50fの出力はパイプラインステージ50gに接続される。
【0042】
また、記憶回路12の2ビットデータ出力はディジタル加算回路13の第1及び第2の入力端子に接続され、パイプラインステージ50bの上位ビットデータ”DU6”はディジタル加算回路13の第3の入力端子に接続される。
【0043】
パイプラインステージ50bの下位ビットデータ”DL6”とディジタル加算回路13の2ビットデータ出力は3ビットの記憶回路14に接続され、記憶回路14の3ビットデータ出力はディジタル加算回路15の第1〜第3の入力端子に接続され、パイプラインステージ50cの上位ビットデータ”DU5”はディジタル加算回路15の第4の入力端子に接続される。
【0044】
パイプラインステージ50cの下位ビットデータ”DL5”とディジタル加算回路15の3ビットデータ出力は4ビットの記憶回路16に接続され、記憶回路16の4ビットデータ出力はディジタル加算回路17の第1〜第4の入力端子に接続され、パイプラインステージ50dの上位ビットデータ”DU4”はディジタル加算回路17の第5の入力端子に接続される。
【0045】
パイプラインステージ50dの下位ビットデータ”DL4”とディジタル加算回路17の4ビットデータ出力は5ビットの記憶回路18に接続され、記憶回路18の5ビットデータ出力はディジタル加算回路19の第1〜第5の入力端子に接続され、パイプラインステージ50eの上位ビットデータ”DU3”はディジタル加算回路19の第6の入力端子に接続される。
【0046】
パイプラインステージ50eの下位ビットデータ”DL3”とディジタル加算回路19の5ビットデータ出力は6ビットの記憶回路20に接続され、記憶回路20の6ビットデータ出力はディジタル加算回路21の第1〜第6の入力端子に接続され、パイプラインステージ50fの上位ビットデータ”DU2”はディジタル加算回路21の第7の入力端子に接続される。
【0047】
パイプラインステージ50fの下位ビットデータ”DL2”とディジタル加算回路21の6ビットデータ出力は7ビットの記憶回路22に接続され、記憶回路22の7ビットデータ出力はディジタル加算回路23の第1〜第7の入力端子に接続され、パイプラインステージ50gの上位ビットデータ”DU1”はディジタル加算回路23の第8の入力端子に接続される。
【0048】
最後に、パイプラインステージ50gの下位ビットデータ”DL1”とディジタル加算回路23の7ビットデータ出力は8ビットの記憶回路24に接続され、記憶回路24の8ビットデータ出力は出力回路54に接続され、出力回路54はディジタル出力信号101aを出力する。
【0049】
ここで、図1に示す実施例の動作を図2を用いて説明する。図2は各ディジタル加算回路での加算動作を説明する説明図である。
【0050】
図2中”S001”においてディジタル加算回路13は記憶回路12の出力であるパイプラインステージ50aの下位ビットである”DL7”とパイプラインステージ50bの上位ビット”DU6”を加算して”AD6−1”とし、下位ビットからの桁上がりをパイプラインステージ50aの上位ビット”DU7”に加算して”AD7−1”として出力する。
【0051】
記憶回路14はディジタル加算回路13の出力である”AD7−1”及び”AD6−1”とパイプラインステージ50bの下位ビット”DL6”を記憶する。
【0052】
図2中”S002”においてディジタル加算回路15は記憶回路14の出力のうちパイプラインステージ50bの下位ビット”DL6”にパイプラインステージ50cの上位ビット”DU5”を加算して”AD5−2”とし、下位ビットで桁上がりが生じた場合には順次上位ビットである”AD6−1”及び”AD7−1”に対して桁上げを行い”AD6−2”及び”AD7−2”として出力する。
【0053】
記憶回路16はディジタル加算回路15の出力である”AD7−2”、”AD6−2”及び”AD5−2”とパイプラインステージ50cの下位ビット”DL5”を記憶する。
【0054】
図2中”S003”においてディジタル加算回路17は記憶回路16の出力のうちパイプラインステージ50cの下位ビット”DL5”にパイプラインステージ50dの上位ビット”DU4”を加算して”AD4−3”とし、下位ビットで桁上がりが生じた場合には順次上位ビットである”AD5−2”、”AD6−2”及び”AD7−2”に対して桁上げを行い”AD5−3”、”AD6−3”及び”AD7−3”として出力する。
【0055】
同様にして、図2中”S004”においてディジタル加算回路23は記憶回路22の出力のうちパイプラインステージ50fの下位ビット”DL2”にパイプラインステージ50gの上位ビット”DU1”を加算して”AD1”とし、下位ビットで桁上がりが生じた場合には順次上位ビットである”AD2−5”〜”AD6−5”及び”AD7−5”に対して桁上げを行い”AD2”〜”AD6”及び”AD7”として出力する。
【0056】
最後に、記憶回路24はディジタル加算回路23の出力である”AD7”、”AD6”〜”AD1”を記憶し、パイプラインステージ50gの下位ビット”DL1”を最下位ビット”AD0”として記憶する。そして、記憶回路24の8ビット出力は出力回路54を介してディジタル出力信号101aとして出力される。
【0057】
このように、記憶回路と加算回路とを交互に設けてエラーコレクションを行いながらデータをパイプラインさせることにより、エラーコレクションに必要なデータが揃うまでデータ記憶等する必要がなくなり、記憶回路の回路規模を小さくすることができる。
【0058】
パイプラインしている間に順次エラーコレクションを行うので加算回路としては複数ビットデータと1ビットデータの加算回路で良くなるので、回路規模を小さくすることができる。
【0059】
すなわち、従来例では複数ビットデータと複数ビットデータとを加算する加算手段52が必要であったのに対して複数ビットデータと1ビットデータの加算回路で良くなるので、回路が単純になり、高速化にもつながることになる。
【0060】
例えば、図3は図1に示す実施例の加算回路部分の具体例を示す構成ブロック図である。図3において50a〜50g、12〜24,51,54,100及び,101aは図1と同一符号を付してあり、12〜35及び54はエラーコレクション手段55aを構成している。
【0061】
例えば、加算回路13は排他的論理和回路(以下、EXORと呼ぶ。)と反転出力の排他的論理和回路(以下、EXNORと呼ぶ。)とによりハーフアダーを構成して、反転出力の論理積回路(以下、NANDと呼ぶ。)で桁上がりを行わせるものである。
【0062】
同様に加算回路23はEXORと6個のEXNORで6ビットと1ビットのハーフアダーを構成し、6個のNANDにより桁上がり処理を行わせている。
【0063】
また、例えば、図3に示す構成の場合のトランジスタ数は約2300個、一方、図4に示す従来例の構成のトランジスタ数は約4300個となり、その比率は”2300/4300=53%”となり回路規模が縮小されていることが分かる。
【0064】
この結果、記憶回路と加算回路とを交互に設けてエラーコレクションを行いながらデータをパイプラインさせることにより、記憶回路の回路規模を小さくすることが可能になる。
【0065】
なお、図1等の構成ブロック図では記憶回路24の8ビット出力を出力回路54を介して出力しているが勿論直接出力する構成であっても構わない。
【0066】
また、図1等の構成ブロック図に示す記憶回路12等としては図1等に図示したようにD型フリップフロップ回路等でも良く。また、一定周期を遅延させる遅延手段であっても構わない。
【0067】
また、図1等では説明の簡単のために7段のパイプラインステージで構成されるパイプラインA/D手段を例示したが複数段であれば何段であっても構わない。例えば、最小構成は2段のパイプラインステージで構成されるパイプラインA/D手段となる。
【0068】
また、同様に、エラーコレクション手段55はパイプラインステージの数と同数の構成であれば良い。例えば、2段のパイプラインステージで構成されるパイプラインA/D手段の場合には2つの記憶回路12及び14と、1つのディジタル加算回路12であれば良い。パイプラインステージが”n段”であれば”n個”の記憶回路と、”n−1個”のディジタル加算回路であれば良い。
【0069】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
請求項1乃至請求項4の発明によれば、記憶回路と加算回路とを交互に設けてエラーコレクションを行いながらデータをパイプラインさせることにより、記憶回路の回路規模を小さくすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るパイプラインA/D変換器の一実施例を示す構成ブロック図である。
【図2】各ディジタル加算回路での加算動作を説明する説明図である。
【図3】加算回路部分の具体例を示す構成ブロック図である。
【図4】従来のパイプラインA/D変換器の一例を示す構成ブロック図である。
【図5】3段のパイプラインステージで構成されたパイプラインA/D手段の一例を示す構成ブロック図である。
【図6】1.5ビットA/D変換器の入出力を示す表である。
【図7】1.5ビットD/A変換器の入出力を示す表である。
【図8】各パイプラインステージにおける動作等を説明する説明図である。
【図9】エラーコレクションの具体例を示す説明図である。
【図10】従来例の動作を説明するタイミング図である。
【図11】従来例の動作を説明する説明図である。
【符号の説明】
1 1.5ビットA/D変換器
2 1.5ビットD/A変換器
3 減算器
4 増幅器
5,6,7,8,9,10,11,12,14,16,18,20,22,24 記憶回路
13,15,17,19,21,23 ディジタル加算回路
50a,50b,50c,50d,50e,50f,50g パイプラインステージ
51 パイプラインA/D手段
52 演算手段
53,55 エラーコレクション手段
54 出力回路
100 アナログ入力信号
101,101a ディジタル出力信号[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a pipeline A / D converter, and more particularly to a pipeline A / D converter capable of reducing the circuit scale.
[0002]
[Prior art]
The conventional pipeline A / D converter quantizes the input signal with a low-resolution A / D converter such as 1 bit, and subtracts the quantized analog value from the input signal to appropriately amplify it to the subsequent stage. An A / D converter is configured by connecting a plurality of output pipeline stages in series.
[0003]
FIG. 4 is a block diagram showing an example of such a conventional 8-bit pipeline A / D converter. In FIG. 4, 1 is a 1.5-bit A / D converter, 2 is a 1.5-bit D / A converter, 3 is a subtractor, 4 is an amplifier having a gain of 2, and 5, 6, 7, 8, 9 , 10 and 11 are storage circuits for storing 2-bit data for 7 to 1 periods, 100 is an analog input signal, and 101 is a digital output signal.
[0004]
1 to 4 constitute a
[0005]
The
[0006]
Similarly, the output of the
[0007]
The output of the
[0008]
The 2-bit outputs of the
[0009]
Here, the operation of the conventional example shown in FIG. 4 will be described with reference to FIGS. 5, 6, 7, 8, 9, 10, and 11. FIG. 5 is a block diagram showing an example of pipeline A / D means constituted by three pipeline stages for the sake of simplicity. FIG. 6 is a table showing input / output of a 1.5-bit A / D converter. FIG. 7 is a table showing the input / output of the 1.5-bit D / A converter, and FIG.
9 is an explanatory diagram showing a specific example of error correction, FIG. 10 is a timing diagram for explaining the operation of the conventional example shown in FIG. 4, and FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining the operation of the conventional example shown in FIG.
[0010]
In FIG. 5,
[0011]
The 1.5-bit A / D converters 1a to 1c output 2-bit codes based on two threshold voltages. For example, when the full span of the
[0012]
The input / output of the 1.5-bit A / D converters 1a to 1c has the relationship shown in FIG. Assuming that the input signal is “Vin”, if “−FS ≦ Vin <−FS / 8”, the 2-bit code “00 (= 0)” is set, and “−FS / 8 ≦ Vin <+ FS / 8”. In this case, a 2-bit code “01 (= 1)” is output, and in the case of “+ FS / 8 ≦ Vin <+ FS”, a 2-bit code “10 (= 2)” is output.
[0013]
On the other hand, the 1.5-bit D / A converters 2a to 2c have the relationship shown in FIG. 7, and when the 2-bit input code is “00 (= 0)”, the voltage “−FS / 4” is output. When the 2-bit input code is “01 (= 1)”, a voltage of “0” is output. When the 2-bit input code is “10 (= 2)”, “+ FS / 4” is output. Is output.
[0014]
Here, considering the case where the
[0015]
At this time, the output of the D / A converter 2a changes according to the table shown in FIG. That is, since “−FS / 4” is output in the region where the input code is “0 (= 00)”, “FS / 4” is added to the
[0016]
Since the output of the subtractor 3a is doubled by the amplifier 4a, the output signal of the amplifier 4a is as indicated by "PR02" in FIG. For example, in the region where the input code indicated by “DC01” in FIG. 8 is “0 (= 00)”, “FS / 4” is added to the
[0017]
Similarly, the output code of the A / D converter 1b of the second pipeline stage is switched at the threshold voltage “± FS / 8”, and becomes a value as indicated by “DC02” in FIG.
[0018]
Then, since the output of the D / A converter 2b is subtracted from the output of the amplifier 4a indicated by "PR02" in FIG. 8 according to the table shown in FIG. 7 and doubled by the amplifier 3b, the output signal of the amplifier 4b is shown in FIG. 8 is shown as “PR03”. For example, in the region where the input code indicated by “DC02” in FIG. 8 is “0 (= 00)”, “FS / 4” is added to the output of the amplifier 4a to obtain a doubled signal.
[0019]
Finally, the output code of the A / D converter 1c in the third pipeline stage is switched at the threshold voltage “± FS / 8”, and becomes a value as indicated by “DC03” in FIG.
[0020]
Further, error collection will be described. In the vicinity of the timing indicated by “PT01” in FIG. 8, the output of the A / D converter 1b switches from “10 (= 2)” to “00 (= 0)”. That is, in the vicinity of “PT01” in FIG. 8, output codes as shown in (1) and (2) in FIG. 9 can be obtained.
[0021]
As shown in (1) of FIG. 9, when the output codes of the first to third pipeline stages are binary numbers “10”, “00” and “01”, the upper bits are shifted to the left by 1 bit. (Double) and adding to the lower bits, an A / D conversion result of “1001 (= 9)” is obtained.
[0022]
On the other hand, even if the output codes of the first to third pipeline stages are “01”, “10” and “01” in binary as shown in (2) in FIG. By shifting (doubled) to the left and adding with the lower bits, an A / D conversion result similar to (1), which is “1001 (= 9)”, is obtained.
[0023]
Such error correction corrects the switching of codes even in the vicinity of “PT01” in FIG.
[0024]
As a result, it is possible to obtain a 4-bit A / D conversion result by performing error correction on the codes obtained in the three pipeline stages. That is, an A / D converter with “the number of pipeline stages + 1” bit resolution can be realized.
[0025]
However, in practice, it is necessary to sequentially store output codes from each pipeline stage and to perform error correction at the same timing.
[0026]
That is, as shown in FIG. 10, since a new code is sequentially output from each pipeline stage, code for 7 to 1 cycle is stored in
[0027]
In FIG. 10, symbols such as “DU7” correspond to the symbols in FIG. 4, “DU7” is the upper bit of the first pipeline stage, and “DL1” is the lower bit of the seventh pipeline stage. Is shown.
[0028]
For example, in the case where error correction is performed on data such as “*** _ 1 (*** is an arbitrary character string such as DU7)” in FIG. 10, the timing indicated by “PT11” in FIG. Since the timed code by the
[0029]
[Problems to be solved by the invention]
However, as can be seen from FIG. 10, in the conventional pipeline A / D converter, data must be stored until the data necessary for error correction is complete, the amount of data stored in the storage circuit increases, and the circuit scale increases. There was a problem that would become large.
[0030]
In addition, since the error correction is performed at once after the necessary data is prepared, the circuit scale is large, and there is a problem that it is not suitable for high-speed operation. For example, the conventional example shown in FIG. 4 requires an adder that adds 7-bit data and 7-bit data in order to perform error correction.
Therefore, the problem to be solved by the present invention is to realize a pipeline A / D converter capable of reducing the circuit scale.
[0031]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve such a problem, the invention according to
In the pipeline A / D converter,
A 1.5-bit A / D converter for converting the input signal into a digital signal, a 1.5-bit D / A converter for converting the output of the A / D converter into an analog signal, and the input signal to the D A pipeline A / D means in which two stages of pipeline stages composed of a subtractor for subtracting the output of the A / A converter and an amplifier for amplifying and outputting the output of the subtractor are connected;
A first storage circuit for storing digital data from the first pipeline stage, and a lower bit of the first pipeline stage in the output of the storage circuit; A digital adder that adds bits and adds the carry from the lower bit to the upper bit of the first pipeline stage; and the lower bit of the second pipeline stage is added to the output of the digital adder circuit. By providing the error correction means including the second storage circuit that is added and stored as the least significant bit, the circuit scale of the storage circuit can be reduced.
[0032]
The invention according to
In the pipeline A / D converter according to
The memory circuit is
With the D-type flip-flop circuit, the circuit scale of the memory circuit can be reduced.
[0033]
The invention described in
In the pipeline A / D converter according to
The digital adder circuit comprises:
By including the half adder and the AND circuit of the inverted output that performs carry processing, the circuit scale of the memory circuit can be reduced.
[0034]
The invention according to
In the pipeline A / D converter according to
The half adder is
The circuit scale of the memory circuit can be reduced by comprising the exclusive OR circuit and the inverted output exclusive OR circuit .
[0037]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of a pipeline A / D converter according to the present invention.
[0038]
In FIG. 1, 1-4, 50a-50g, 51 and 100 are assigned the same reference numerals as in FIG. 4, and 12, 14, 16, 18, 20, 22 and 24 are memories for storing 2-bit to 8-bit data.
[0039]
The
[0040]
Similarly, the output of the
[0041]
The output of the
[0042]
The 2-bit data output of the
[0043]
The lower bit data “DL6” of the
[0044]
The low-order bit data “DL5” of the
[0045]
The low-order bit data “DL4” of the
[0046]
The low-order bit data “DL3” of the
[0047]
The low-order bit data “DL2” of the
[0048]
Finally, the lower bit data “DL1” of the
[0049]
Here, the operation of the embodiment shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining the addition operation in each digital adder circuit.
[0050]
In “S001” in FIG. 2, the
[0051]
The
[0052]
In “S002” in FIG. 2, the
[0053]
The
[0054]
In “S003” in FIG. 2, the
[0055]
Similarly, in “S004” in FIG. 2, the
[0056]
Finally, the
[0057]
In this way, by storing data and adding circuits alternately and performing error correction to pipeline data, there is no need to store data until the data required for error correction is complete, and the circuit scale of the storage circuit Can be reduced.
[0058]
Since error correction is sequentially performed during pipeline processing, an adder circuit using a multi-bit data and one-bit data adder is sufficient, and the circuit scale can be reduced.
[0059]
That is, in the conventional example, the addition means 52 for adding the multi-bit data and the multi-bit data is required, but the addition circuit for the multi-bit data and the 1-bit data can be used. It will also lead to the transformation.
[0060]
For example, FIG. 3 is a configuration block diagram showing a specific example of the adder circuit portion of the embodiment shown in FIG. 3,
[0061]
For example, the
[0062]
Similarly, the
[0063]
For example, the number of transistors in the configuration shown in FIG. 3 is about 2300, whereas the number of transistors in the configuration of the conventional example shown in FIG. 4 is about 4300, and the ratio is “2300/4300 = 53%”. It can be seen that the circuit scale has been reduced.
[0064]
As a result, it is possible to reduce the circuit scale of the storage circuit by providing the storage circuit and the adder circuit alternately and performing data correction while performing error correction.
[0065]
In the configuration block diagram of FIG. 1 and the like, the 8-bit output of the
[0066]
Further, the
[0067]
Further, in FIG. 1 and the like, the pipeline A / D means configured by seven pipeline stages is illustrated for the sake of simplicity of explanation, but any number of stages may be used as long as there are a plurality of stages. For example, the minimum configuration is pipeline A / D means composed of two pipeline stages.
[0068]
Similarly, the number of error correction means 55 may be the same as the number of pipeline stages. For example, in the case of pipeline A / D means constituted by two pipeline stages, it is sufficient if there are two
[0069]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, the present invention has the following effects.
According to the first to fourth aspects of the present invention, it is possible to reduce the circuit scale of the memory circuit by providing the memory circuit and the adder circuit alternately to pipeline the data while performing error correction. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration block diagram showing an embodiment of a pipeline A / D converter according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining an addition operation in each digital adder circuit;
FIG. 3 is a block diagram showing a specific example of an adder circuit portion;
FIG. 4 is a configuration block diagram showing an example of a conventional pipeline A / D converter.
FIG. 5 is a block diagram showing an example of pipeline A / D means constituted by three pipeline stages.
FIG. 6 is a table showing input / output of a 1.5-bit A / D converter.
FIG. 7 is a table showing input / output of a 1.5-bit D / A converter.
FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining an operation and the like in each pipeline stage.
FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating a specific example of error collection.
FIG. 10 is a timing chart for explaining the operation of the conventional example.
FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining the operation of a conventional example.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (4)
入力信号のディジタル信号に変換する1.5ビットA/D変換器と、このA/D変換器の出力をアナログ信号に変換する1.5ビットD/A変換器と、前記入力信号から前記D/A変換器の出力を減算する減算器と、この減算器の出力を増幅して出力する増幅器とから構成されるパイプラインステージが2段直列接続されたパイプラインA/D手段と、
1段目の前記パイプラインステージからのディジタルデータを記憶する第1の記憶回路と、前記記憶回路の出力のうち前記1段目のパイプラインステージの下位ビットに2段目のパイプラインステージの上位ビットを加算して、下位ビットからの桁上がりを前記1段目のパイプラインステージの上位ビットに加算するディジタル加算回路と、このディジタル加算回路の出力に前記2段目パイプラインステージの下位ビットを最下位ビットとして付加して記憶する第2の記憶回路とから成るエラーコレクション手段と
を備えたことを特徴とするパイプラインA/D変換器。In the pipeline A / D converter,
A 1.5-bit A / D converter for converting the input signal into a digital signal, a 1.5-bit D / A converter for converting the output of the A / D converter into an analog signal, and the input signal to the D A pipeline A / D means in which two stages of pipeline stages composed of a subtractor for subtracting the output of the A / A converter and an amplifier for amplifying and outputting the output of the subtractor are connected;
A first storage circuit for storing digital data from the first pipeline stage, and a lower bit of the first pipeline stage in the output of the storage circuit; A digital adder circuit that adds bits and adds the carry from the lower bit to the upper bit of the first pipeline stage, and the lower bit of the second pipeline stage is added to the output of the digital adder circuit. A pipeline A / D converter, comprising: an error correction means including a second storage circuit which is added and stored as the least significant bit .
D型フリップフロップ回路で構成されることを特徴とするConsists of D-type flip-flop circuit
請求項1記載のパイプラインA/D変換器。The pipeline A / D converter according to claim 1.
ハーフアダーと、Half adder,
桁上がり処理を行う反転出力の論理積回路とから構成されることを特徴とするIt is composed of an AND circuit of inverted output that performs carry processing
請求項1記載のパイプラインA/D変換器。The pipeline A / D converter according to claim 1.
排他的論理和回路と、An exclusive OR circuit;
反転出力の排他的論理和回路とから構成されることを特徴とするIt is composed of an exclusive OR circuit with inverted output
請求項1記載のパイプラインA/D変換器。The pipeline A / D converter according to claim 1.
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