專利名稱：模－數(shù)轉(zhuǎn)換電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有多級流水線(分級閃爍)結(jié)構(gòu)的模—數(shù)轉(zhuǎn)換電路。
背景技術(shù)：
近年來，隨著視頻信號的數(shù)字處理技術(shù)的進(jìn)步，視頻信號處理用的模—數(shù)轉(zhuǎn)換電路(A/D變換器)的需求增大，由于對視頻信號處理用模—數(shù)轉(zhuǎn)換電路要求高速轉(zhuǎn)換動作，因此以往廣泛采用2級閃爍(2級并行)方式。
但是，隨著轉(zhuǎn)換位(bit)數(shù)的增加，由于采用2級閃爍方式不能夠得到足夠的轉(zhuǎn)換精度，因此開發(fā)了具有多級流水線(分級閃爍)結(jié)構(gòu)的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路。
圖38所示為以往的具有多級流水線結(jié)構(gòu)的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成方框圖。圖38的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路具10位4級流水線結(jié)構(gòu)，該?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路例如已在日本專利特開平9-69777號公報揭示。
在圖38中，?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路101由采樣保持電路102、第1級電路103、第2級電路104、第3級電路105、第4級電路106、多個鎖存電路107及輸出電路108構(gòu)成。
第1級(初始級)～第3級電路103～105具有子A/D轉(zhuǎn)換器(?！獢?shù)轉(zhuǎn)換器)109、D/A轉(zhuǎn)換器(數(shù)—模轉(zhuǎn)換器)110及減法放大電路(差分放大器)111。第4級(最后級)電路106僅具有子A/D轉(zhuǎn)換器109。
第1級電路103為4位結(jié)構(gòu)，第2～4級電路104～106分別為2位結(jié)構(gòu)。在第1～3級電路103～105中，子A/D轉(zhuǎn)換器109與D/A轉(zhuǎn)換器110的位數(shù)(位結(jié)構(gòu))設(shè)定為相同。
下面說明?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路101的工作情況采樣保持電路102對模擬輸入信號Vin進(jìn)行采樣，保持一定時間，從采樣保持電路102輸出的模擬輸入信號Vin，傳送給第1級電路103。
在第1級電路103中，子A/D轉(zhuǎn)換器109對模擬輸入信號Vin進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。子A/D轉(zhuǎn)換器109的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果即高4位的數(shù)字輸出(29、28、27、26)傳送給D/A轉(zhuǎn)換器110，同時通過4個鎖存電路107傳送給輸出電路108。減法放大電路111將D/A轉(zhuǎn)換器110的D/A轉(zhuǎn)換結(jié)果與模擬輸入信號Vin之差分進(jìn)行放大。該減法放大電路111的輸出傳送給第2級電路104。
在第2級電路104中，對第1級電路103的減法放大電路111的輸出，進(jìn)行與第1級電路103同樣的工作。另外，在第3級電路105中，對第2級電路104的減法放大電路111的輸出，進(jìn)行與第1級電路103同樣的工作。然后，從第2級電路104得到中高2位的數(shù)字輸出(25、24)，從第3級電路105得到中低2位的數(shù)字輸出(23、22)。
在第4級電路106中，對第3級電路105的減法放大電路111的輸出，子A/D轉(zhuǎn)換器109進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，得到低2位的數(shù)字輸出(21、20)。
第1～4級電路103～106的數(shù)字輸出經(jīng)過各鎖存電路107，同時到達(dá)輸出電路108。即為了取得各電路103～106的數(shù)字輸出的同步，設(shè)置各鎖存電路107。
輸出電路108在需要模擬輸入信號Vin的10位數(shù)字Dout時，對數(shù)字校正處理后并行輸出。
這樣，在?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路101中，各級電路103～105利用減法放大電路111，將模擬輸入信號Vin或前級電路103及104的減法放大電路111的輸出與該級電路103～105的數(shù)字輸出的D/A轉(zhuǎn)換結(jié)果之差分進(jìn)行放大。
因此，即使變換位數(shù)增大，最低有效位(LSBLeast Significant Bit)變小，但實際上能夠提高構(gòu)成子A/D轉(zhuǎn)換器109的各比較器的分辨率，能夠得到足夠的變換精度。
圖39為圖38的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路101中的子A/D轉(zhuǎn)換器109及D/A轉(zhuǎn)換器110的電路圖。圖39的子A/D轉(zhuǎn)換器109為全并行比較(閃爍)方式子A/D轉(zhuǎn)換器，D/A轉(zhuǎn)換器110為電容陣列方式D/A轉(zhuǎn)換器。
子A/D轉(zhuǎn)換器109由n個電阻R及n個比較器D1～Dn構(gòu)成，所有的電阻R具有相同電阻值，在接受高電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRT的節(jié)點(diǎn)N31與接受低電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRB的節(jié)點(diǎn)N32之間串聯(lián)連接，這里，在節(jié)點(diǎn)N32與節(jié)點(diǎn)N31之間的n個電阻R之間的節(jié)點(diǎn)N41～N4n的電位分別為VR(1)～VR(n)。
輸入信號VI(模擬輸入信號Vin或前級電路103～105的減法放大電路111的輸出)輸入至各比較器D1～Dn的正輸入端。另外，各節(jié)點(diǎn)N41～N4n的電位VR(1)～VR(n)加在各比較器D1～Dn的負(fù)輸入端。
這樣，在各輸入信號VI高于電位VR(1)～VR(n)時，各比較器D1～Dn的輸出為高電平，在各輸入信號VI低于電位VR(1)～VR(n)時，各比較器D1～Dn的輸出為低電平。
D/A轉(zhuǎn)換器110由分別連接成陣列狀的n個開關(guān)E1～En、F1～Fn、G1～Gn、H1～Hn、n個正鍘電容B1～Bn、以及n個負(fù)側(cè)電容C1～Cn構(gòu)成。
電容B1～Bn及C1～Cn都具有相同電容值C。從電容B1～Bn的一端(下面稱為輸出端)生成差動正輸出電壓VDA(+)，從電容C1～Cn的一端(下面稱為輸出端)生成差動負(fù)輸出電壓VDA(-)。另外，將各電容B1～Bn及C1～Cn的另一端稱為輸入端。
各開關(guān)E1～En的一端與節(jié)點(diǎn)N31連接，另一端與電容B1～Bn的輸入端連接。各開關(guān)F1～Fn的一端與節(jié)點(diǎn)N31連接，另一端與電容C1～Cn的輸入端連接。各開關(guān)G1～Gn的一端與節(jié)點(diǎn)N32連接，另一端與電容B1～Bn的輸入端連接。各開關(guān)H1～Hn的一端與節(jié)點(diǎn)N32連接，另一端與電容C1～Cn的輸入端連接。
各開關(guān)E1～En、F1～Fn、G1～Gn與H1～Hn分別用同一編號的開關(guān)構(gòu)成4聯(lián)開關(guān)。例如，開關(guān)E1、F1、G1與H1為1聯(lián)，開關(guān)En、Fn、Gn與Hn也為1聯(lián)。然后，各開關(guān)E1～En、F1～Fn、G1～Gn及H1～Hn分別根據(jù)各比較器D1～Dn的輸出電平，進(jìn)行開關(guān)動作。例如，在比較器Dn的輸出為高電平時，開關(guān)En及Hn閉合，開關(guān)Gn及Fn斷開。反之，在比較器Dn的輸出為低電平時，開關(guān)En及Hn斷開，開關(guān)Gn及Fn閉合。
下面說明D/A轉(zhuǎn)換器110的工作情況。在初始條件下，各電容B1～Bn的輸入端及輸出端的電位部為0V，各開關(guān)E1～En、F1～Fn、G1～Gn及H1～Hn都斷開。因而，在初始條件下，全部電容B1～Bn及C1～Cn儲存的電荷(電量)Q1＝0。
這里，在n個比較器D1～Dn中有m個輸出為高電平時，各開關(guān)E1～En有m個閉合，(n-m)個斷開。各開關(guān)G1～Gn中有(n-m)個閉合，m個斷開。根據(jù)該各開關(guān)E1～En及G1～Gn的開關(guān)動作，全部電容B1～Bn儲存的電荷Q2由下式(A1)表示。
Q2＝m(VRT-VDA(+))c+(n-m)(VRB-VDA(+))c (A1)根據(jù)電荷守恒定律，Q1＝Q2。因而，差動正輸出電壓VDA(+)由下式(A2)表示。
VDA(+)＝VRB+m(VRT-VRB)/n (A2)
另外，在n個比較器D1～Dn中有m個輸出為高電平時，各開關(guān)H1～Hn中有m個閉合，(n-m)個斷開，各開關(guān)F1～Fn中有(n-m)個閉合，m個斷開。根據(jù)該各開關(guān)H1～Hn及F1～Fn的開關(guān)動作，全部電容C1～Cn儲存的電荷Q3由下式(A3)表示。
Q3＝(n-m)(VRT-VDA(-)c+m(VRB-VDA(-))c (A3)根據(jù)電荷守恒定律，Q1＝Q3，因而，差動負(fù)輸出電壓VDA(-)由下式(A4)表示。
VDA(-)＝VRT-m(VRT-VRB)/n (A4)因此，根據(jù)上式(A2)及(A4)，差分電壓ΔVDA由式(A5)表示。
ΔVDA＝VDA(+)-VDA(-)＝VRB-VRT+2m(VRT-VRB)/n (A5)圖40所示為圖38的模—數(shù)轉(zhuǎn)換電路101中減法放大電路111的工作原理的電路圖。另外，圖41為說明圖40的減法放大電路111的工作用的示意圖。圖40的減法放大電路111為全差動方式的減法放大電路。該減法放大電路111的構(gòu)成，例如已在日本專利特開平11-88173號公報揭示。
在圖40的減法放大電路111中，運(yùn)算放大器100的反相輸入端與節(jié)點(diǎn)Na連接，同相輸入端與節(jié)點(diǎn)Nb連接。另外，運(yùn)算放大器100的反相輸出端與節(jié)點(diǎn)NO1連接，同時通過電容20a與反相輸入端連接。同相輸出端與節(jié)點(diǎn)NO2連接，同時通過電容20b與同相輸入端連接。
節(jié)點(diǎn)Na通過開關(guān)SW11接地，節(jié)點(diǎn)Nb通過開關(guān)SW12接地。另外，節(jié)點(diǎn)Na通過電容30a與節(jié)點(diǎn)N11連接，而且通過電容40a與節(jié)點(diǎn)N12連接。節(jié)點(diǎn)Nb通過電容30b與節(jié)點(diǎn)N21連接，而且通過電容40b與節(jié)點(diǎn)N22連接。在節(jié)點(diǎn)NO1與NO2之間連接開關(guān)SW13。該開關(guān)SW13與開關(guān)SW11及SW12在相同的時間動作。
模擬輸入信號Vin或前級電路103～105的減法放大電路111的輸出作為差分電壓ΔVi供給該減法放大電路111。ΔVi＝Vi(+)-Vi(-)。另外，同級的D/A轉(zhuǎn)換器110的D/A轉(zhuǎn)換結(jié)果作為差分電壓ΔVDA供給該減法放大電路111。ΔVDA＝VDA(+)-VDA(-)。
從Vi(+)變?yōu)閂A1的電壓輸入至節(jié)點(diǎn)N11，從VA2變?yōu)閂DA(+)的電壓輸入至節(jié)點(diǎn)N12，從Vi(-)變?yōu)閂A1的電壓輸入至節(jié)點(diǎn)N21，從VA2變?yōu)閂DA(-)的電壓輸入至節(jié)點(diǎn)N22。
下面參照圖41說明圖40的減法放大電路111的工作情況。這里，將電容20a及20b的電容值分別設(shè)為C，電容30a、30b、40a及40b的電容值分別設(shè)為KC。K為常數(shù)。另外，設(shè)接地電位為VG。
首先，使開關(guān)SW11及SW12閉合。這時，也使開關(guān)SW13閉合。然后，將電壓Vi(+)輸入至節(jié)點(diǎn)N11，將設(shè)定電壓VA2輸入至節(jié)點(diǎn)N12，將電壓Vi(-)輸入至節(jié)點(diǎn)N21，將設(shè)定電壓VA2輸入至節(jié)點(diǎn)N22。這樣NO1及NO2成為接地電位VG。
接著，使開關(guān)SW11及SW12斷開。這時，也使開關(guān)SW13斷開。然后，將設(shè)定電壓VA1輸入至節(jié)點(diǎn)N11，將電壓VDA(+)輸入至節(jié)點(diǎn)N12，將設(shè)定電壓VA1輸入至節(jié)點(diǎn)N21，將電壓VDA(-)輸入至節(jié)點(diǎn)N22。這樣，節(jié)點(diǎn)NO1及NO2的電壓分別成為VO(+)及VO(-)若根據(jù)電荷守恒定律，求得NO1及NO2的電壓VO(+)及VO(-)，則得到下式。
VO(+)＝VG+[V1(+)-VDA(+)]K+(VA1-VA2)KVO(-)＝VG+[V1(-)-VDA(-)]K+(VA1-VA2)K因而，差分電壓ΔVO如下式所示。
ΔVO＝VO(+)-VO(-)＝[Vi(+)-Vi]-)]K-[VDA(+)-VDA(-)]K＝(ΔVi-ΔVDA)K這樣，在圖40的減法放大電路111中，對前級提供的差分電壓ΔVi與同級D/A轉(zhuǎn)換器110提供的差分電壓ΔVDA進(jìn)行減法運(yùn)算及放大。
在這種情況下，能夠任意對設(shè)定電壓VA1及VA2進(jìn)行設(shè)定。因而，作為設(shè)定電壓VA1，可采用前級取樣保持電路102的輸出或減法放大電路111的輸出均衡(等電位)時的電壓。另外，作為設(shè)定電壓VA2，可以采用外部電壓。
這樣，由于能夠?qū)⒛M輸入信號即電壓Vi(+)及Vi(-)不通過開關(guān)輸入至節(jié)點(diǎn)N11及N21，因此能夠降低噪聲，同時能夠?qū)崿F(xiàn)低電壓工作。所以，能夠?qū)崿F(xiàn)?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路101的低電壓及高精度。
圖42所示為圖38的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路101中采用圖40的減法放大電路111時的D/A轉(zhuǎn)換器110及減法放大電路111的具體構(gòu)成電路圖。設(shè)D/A轉(zhuǎn)換器110及減法放大電路111的構(gòu)成，例如已在日本專利特開平11-88173號公報揭示。
在圖42中，D/A轉(zhuǎn)換器110的節(jié)點(diǎn)N30，通過開關(guān)S1～Sn分別與電容B1～Bn的輸入端連接。另外，該節(jié)點(diǎn)N30通過開關(guān)T1～Tn分別與電容C1～Cn的輸入端連接。設(shè)定電壓VA2輸入至節(jié)點(diǎn)N30，高電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRT輸入至節(jié)點(diǎn)N31，低電壓側(cè)基準(zhǔn)電壓VRB輸入至節(jié)點(diǎn)N32。電容B1～Bn的輸出端與減法放大電路111的節(jié)點(diǎn)Na連接，電容C1～Cn的輸出端與減法放大電路111的節(jié)點(diǎn)Nb連接。
減法放大電路111的節(jié)點(diǎn)Na通過電容30a與節(jié)點(diǎn)N11連接，節(jié)點(diǎn)Nb通過電容30b與節(jié)點(diǎn)N21連接。電壓Vi(+)輸入至節(jié)點(diǎn)N11，電壓Vi(-)輸入至節(jié)點(diǎn)N21。
電容20a及20b的電容值分別為C，電容30a及30b的電容值為KC。另外，電容B1～Bn及C1～Cn的電容值分別為KC/n。K為常數(shù)。
下面說明圖42的D/A轉(zhuǎn)換器110及減法放大電路111的工作情況。
首先，使開關(guān)SW11及SW12閉合。這時，也使開關(guān)SW13閉合。然后，使開關(guān)S1～Sn及T1～Tn閉合。這樣，設(shè)定電壓VA2輸入至電容B1～Bn及C1～Cn的輸入端。另外，電壓Vi(+)輸入至節(jié)點(diǎn)N11，電壓Vi(-)輸入至節(jié)點(diǎn)N21。這樣，節(jié)點(diǎn)NO1及NO2成為接地電位。
接著，使開關(guān)SW11及SW12斷開。這時，也使開關(guān)SW13斷開。然后，使開關(guān)S1～Sn及T1～Tn斷開。各開關(guān)E1～En、F1～Fn、G1～Gn及H1～Hn分別根據(jù)圖38的各比較器D1～Dn的輸出電平閉合或斷開，分別將電壓加在電容B1～Bn及C1～Cn的輸入端。
這時輸入至節(jié)點(diǎn)N11及N21的電壓Vi(+)及Vi(-)，如圖41所示，保持均衡都等于電壓VA1。這樣，節(jié)點(diǎn)NO1與NO2之間的差分電壓ΔVo，如用圖41所示，用下式表示。
ΔVo＝Vo(+)-Vo(-)＝(ΔVi-ΔVDA)K這樣，由于作為輸入至節(jié)點(diǎn)N11及N21的設(shè)定電壓VA1可以采用前級的減法放大電路111的輸出，因此能夠?qū)㈦妷篤i(+)及設(shè)定電壓VA1不采用開關(guān)輸入至節(jié)點(diǎn)N11，而且能夠?qū)㈦妷篤i(-)及設(shè)定電壓VA1不采用開關(guān)輸入至節(jié)點(diǎn)N21。
另外，作為輸入至節(jié)點(diǎn)N30的設(shè)定電壓VA2能夠采用任意的電壓。例如作為設(shè)定電壓VA2，也可以采用高電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRT或低電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRB。
另外，可以將這些設(shè)定電壓VA1及VA2，設(shè)定在電壓或接地電壓的附近。這樣，即使使用CMOS開關(guān)，也能夠?qū)崿F(xiàn)低電壓工作。
由于這些結(jié)果，能夠?qū)崿F(xiàn)降低開關(guān)噪聲、可以低電壓工作的高精度?！獢?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路。
近年來，隨著電子設(shè)備的高速化，對于?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路也要求實現(xiàn)更高速的轉(zhuǎn)換速度。因此，在日本專利特開平11-88172號公報提出了轉(zhuǎn)換速度更進(jìn)一步高速化的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路。
圖43所示為特開平11-88172號公報揭示的以往的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路方框圖。圖43的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路102具有10位4級流水線結(jié)構(gòu)。
在圖43中，模—數(shù)轉(zhuǎn)換電路102由取樣保持電路2、第1級電路3、第2級電路4、第3級電路5、第4級電路6、多個鎖存電路7及輸出電路8構(gòu)成。
第1級(初始級)～第3級電路3～5具有A/D轉(zhuǎn)換器9、D/A轉(zhuǎn)換器10、運(yùn)算放大電路11、減法電路12及運(yùn)算放大電路13。減法電路12及運(yùn)算放大電路13構(gòu)成減法放大電路14。各級電路3～5內(nèi)的運(yùn)算放大電路11及13的增益為2。第4級(最后級)電路6僅具有子A/D轉(zhuǎn)換器9。
這樣，在圖43的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路102中，由于各級電路3～5內(nèi)設(shè)置2級運(yùn)算放大電路11及13，因此，能夠減少各運(yùn)算放大電路11及13的環(huán)路常數(shù)，而且能夠減少各運(yùn)算放大電路11及13的負(fù)載電容。結(jié)果，能夠不提高各運(yùn)算放大電路11及13的性能，而提高轉(zhuǎn)換速度。
但是，在圖43的模—數(shù)轉(zhuǎn)換電路102中，模擬輸入信號利用各級電路3～5的運(yùn)算放大電路11以增益2進(jìn)行放大，因此，若子A/D轉(zhuǎn)換器9的輸入電壓范圍及A/D轉(zhuǎn)換器10的輸出電壓范圍設(shè)定為相同，則從運(yùn)算放大電路11提供給減法放大電路14的一輸入端的輸出電壓范圍與從D/A轉(zhuǎn)換器10提供給減法放大電路14的另一輸入端的輸出電壓范圍就不同。在這種情況下，為了使運(yùn)算放大電路11的輸出電壓范圍與D/A轉(zhuǎn)換器10的輸出電壓范圍一致，就必須以某一種方法進(jìn)行校正。這樣，?！獢?shù)變換電路102的各級電路3～5的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，同時電路規(guī)模增大。
第1級電路3為4位結(jié)構(gòu)，第2～4級電路4～6分別為2位結(jié)構(gòu)。在第1～3級電路3～5中，子A/D轉(zhuǎn)換器9及D/A轉(zhuǎn)換器10的位數(shù)(位結(jié)構(gòu))設(shè)定為相同。
這里，在上述?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路102中，若設(shè)模擬輸入信號Vin的電壓范圍為VINP-P，則第1級電路3內(nèi)的子A/D轉(zhuǎn)換器9的滿量程范圍與模擬輸入信號的電壓范圍VINP-P相等。第2～4級電路4～6內(nèi)的子A/D轉(zhuǎn)換器9的滿量程范圍分別與第1～3級電路3～5的減法放大電路14的輸出電壓范圍INP-P/8相等。
另外，第1級電路3內(nèi)的D/A轉(zhuǎn)換器10的滿量程范圍與子A/D轉(zhuǎn)換器9相同，與模擬輸入信號Vin的電壓范圍VINP-P相等。第2級及第3級電路4及5內(nèi)的D/A轉(zhuǎn)換器10的電壓滿量程范圍，為了取得與具有增益2的運(yùn)算放大電路11的輸出電壓的一致，成為子A/D轉(zhuǎn)換器9的滿量程范圍的2倍即VINP-P/4。
下面說明圖43的模—數(shù)轉(zhuǎn)換電路102的工作情況，采樣保持電路2對模擬輸入信號Vin進(jìn)行采樣，保持一定時間，從采樣保持電路2輸出的模擬輸入信號Vin，傳送給第1級電路3。
在第1級電路3中，子A/D轉(zhuǎn)換器9對電壓范圍VINP-P的模擬輸入信號Vin進(jìn)行?！獢?shù)轉(zhuǎn)換。這里，子A/D轉(zhuǎn)換器9的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果即數(shù)字輸出(29、28、27、26)傳送給D/A轉(zhuǎn)換器10，同時通過4個鎖存電路7傳送給輸出電路8。D/A轉(zhuǎn)換器10的額定輸出電壓范圍用下式表示(第1級分辨率-1)×(D/A轉(zhuǎn)換器10的滿量程范圍)/(第1級的分辨率)＝(24-1)×(VINP-P)/24＝15VINP-P/16另外，運(yùn)算放大電路11對模擬輸入信號Vin進(jìn)行采樣，然后進(jìn)行放大及保持。運(yùn)算放大電路11的輸出電壓范圍用下式表示。
(模擬輸入信號Vin的電壓范圍VINP-P)×(運(yùn)算放大電路11的增益)＝VINP-P×1＝VINP-P減法放大電路14將運(yùn)算放大電路11輸出的模擬輸入信號Vin與D/A轉(zhuǎn)換器10的D/A轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行減法計算并放大。減法放大電路14的輸出傳送給第2級電路4。第1級減法放大電路14的輸出電壓范圍用下式表示。
((運(yùn)算放大電路11的輸出電壓范圍)-(D/A轉(zhuǎn)換器10的額定輸出電壓范圍))×(減法放大電路14的增益)＝((VINP-P)-(15VINP-P/16))×2＝VINP-P/8在第2級電路4中，子A/D轉(zhuǎn)換器9對第1級電路3的減法放大電路14的輸出進(jìn)行A/D變換。子A/D轉(zhuǎn)換器9的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果傳送給D/A轉(zhuǎn)換器10，同時通過3個鎖存電路7傳送給輸出電路8。這樣，從第2級電路4得到中高2位的數(shù)字輸出(25、24)。D/A轉(zhuǎn)換器10的額定輸出電壓范圍用下式表示，
(第2級分辨率-1)×(D/A轉(zhuǎn)換器10的滿量程范圍)/(第2級分辨率)＝(22-1)×(VINP-P/4)/22＝3VINP-P/16另外，運(yùn)算放大電路11將第1級電路3的運(yùn)算放大電路13的輸出進(jìn)行放大。運(yùn)算放大電路11的輸出電壓范圍用下式表示。
(第1級減法放大電路14的輸出電壓范圍)×(運(yùn)算放大電路11的增益)＝(VINP-P/8)×2＝VINP-P/4減法放大電路14將運(yùn)算放大電路11的輸出與D/A轉(zhuǎn)換器10的D/A轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行減法計算并放大。減法放大電路14的輸出傳送給第3級電路5。第2級減法放大電路14的輸出電壓范圍用下式表示。
((運(yùn)算放大電路11的輸出電壓范圍)-(D/A轉(zhuǎn)換器10的額定電壓范圍))×(減法放大電路14的增益)＝((VINP-P/4)-(2VINP-P/16))×2＝VINP-P//8在第3級電路5中，對第2級電路4的減法放大電路14的輸出進(jìn)行與第2級電路4同樣的處理。這樣，從第3級電路5得到中低2位的數(shù)字輸出(23、22)。各部分的輸出電壓范圍與第2級電路4相同。
在第4級電路6中，子A/D轉(zhuǎn)換器9對第3級電路5的減法放大電路14的輸出進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，得到低2位的數(shù)字輸出(21、20)。
第1～4級電路3～6的數(shù)字輸出經(jīng)過鎖存器7，同時到達(dá)輸出電路8。即為了取得各電路3～6的數(shù)字輸出的同步，設(shè)置各鎖存電路7。
輸出電路8在需要模擬輸入信號Vin的10位數(shù)字輸出Dout時，對數(shù)字校正處理后并行輸出。
這樣，即使轉(zhuǎn)換位數(shù)增大，隨著電源電壓減少。LSB(Least SignificantBit，最低有效位)變小，但能夠提高子A/D轉(zhuǎn)換器9的分辨率，得到足夠的轉(zhuǎn)換精度。
圖44(a)所示為圖23的模—數(shù)轉(zhuǎn)換電路的減法放大電路構(gòu)成電路圖，圖44(b)為說明圖44(a)減法放大電路的工作的示意圖。
在圖44中，運(yùn)算放大器101的反相輸入端與節(jié)點(diǎn)nb連接，同相輸入端接地，另外運(yùn)算放大器101的輸出端與節(jié)點(diǎn)no連接，同時通過電容102與反相輸入端連接。在運(yùn)算放大器101的反相輸入端與同相輸入端之間連接開關(guān)SW1，在節(jié)點(diǎn)nb與節(jié)點(diǎn)na之間連接電容103。節(jié)點(diǎn)na通過開關(guān)SW2與節(jié)點(diǎn)n1連接，而且通過開關(guān)SW3與節(jié)點(diǎn)n2連接。這些開關(guān)SW2及SW3通常利用CMOS(互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體)場效應(yīng)晶體管形成的CMOS開關(guān)構(gòu)成。
電壓V1輸入至節(jié)點(diǎn)n1，電壓V2輸入至節(jié)點(diǎn)n2，由節(jié)點(diǎn)no輸出電壓Vo。
這里，參照圖44(b)說明圖44(a)的減法放大電路的工作情況。另外，設(shè)電容101的電容值為C，電容103的電容值為KC，接地電位為VG。K為常數(shù)。
首先，使開關(guān)SW1及開關(guān)SW2閉合，使開關(guān)SW3斷開。這樣，節(jié)點(diǎn)na的電壓為V1。另外，節(jié)點(diǎn)no的電壓為0。這時，節(jié)點(diǎn)nb的電荷Qa用下式表示。
Qa＝(VG-V1)KC接著，使開關(guān)SW1斷開后，使開關(guān)SW2斷開，而且使開關(guān)SW3閉合。這樣，節(jié)點(diǎn)na的電壓為V2。另外，節(jié)點(diǎn)no的電壓為Vo。這時，節(jié)點(diǎn)nb由于與虛地連接，因此節(jié)點(diǎn)nb的電荷Qb用下式表示。
Qb＝(VG-V2)KC+(VG-Vo)C在節(jié)點(diǎn)nb由于沒有電荷釋放的路徑，因此根據(jù)電荷守恒定律，Qa＝Qb。所以，下式成立。
(VG-V1)KC＝(VG-V2)KC+(VG-Vo)C根據(jù)上式，節(jié)點(diǎn)no的電壓Vo用下式表示。
Vo＝VG+(V1-V2)K這樣，從電壓V1減去電壓V2，該減法值放大為K倍。
因而，減法放大電路具有將電壓V1與電壓V2差利用由電容103與電容102的電容量之比決定的增益而輸出的功能。例如，通過設(shè)定KC＝C(K＝1)，就使減法放大電路具有增益為1倍的采樣保持功能。
圖45所示的圖43的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路中采用的子A/D轉(zhuǎn)換器的構(gòu)成圖。
在圖45的并行型?！獢?shù)轉(zhuǎn)換器9中，配置多個比較器900。模擬輸入電壓Vin提供給多個比較器900的一輸入端，利用多個電阻將高電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRT與低電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRB之間的電壓進(jìn)行分壓而得到的基準(zhǔn)電壓分別提供給另一輸入端。各比較器900對一輸入端的電壓與另一輸入端的電壓進(jìn)行比較。利用編碼器910對多個比較器900的比較結(jié)果進(jìn)行編碼，通過這樣能夠得到數(shù)字代碼Dcode。
然而，在提供給?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路的模擬輸入信號電壓范圍改變時，或者將提供給?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路的模擬輸入信號方式以差動雙端輸入及單端輸入改變時，必須改變?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路的規(guī)格。
下面說明差動雙端輸入及單端輸入。圖46(a)及(b)為差動雙端輸入及單端輸入的模—數(shù)轉(zhuǎn)換說明圖。橫軸表示模擬輸入電壓VIN，縱軸表示輸出的數(shù)字代碼Dcode。
如圖46(a)所示，在差動雙端輸入時，模擬輸入信號Vin的正模擬輸入電壓Vin(+)與負(fù)模擬輸入電壓Vin(-)互補(bǔ)變化。這樣，正模擬輸入電壓Vin(+)與負(fù)模擬輸入電壓Vin(-)之差分為模擬輸入信號Vin的電壓范圍VINP-P。
因而，如圖46(a)所示，正模擬輸入電壓Vin(+)在1.0V至2.0V的范圍變化，負(fù)模擬輸入電壓Vin(-)在2.0V至1.0V的范圍變化，這時模擬輸入信號Vin的電壓范圍根據(jù)Vin(+)-Vin(-)的計算為2.0V。
另外，如圖46(b)所示，在單端輸入時，僅正模擬輸入電壓Vin(+)變化。這樣，正模擬輸入電壓Vin(+)的電壓范圍成為模擬輸入信號Vin的電壓范圍。
因而，如圖46(b)所示，在正模擬輸入電壓Vin(+)在1.0V的范圍變化時，模擬輸入信號的電壓范圍成為1.0V。
即若使差動雙端輸入方式的模擬輸入信號Vin的電壓范圍為2VINP-P，則單端輸入方式的模擬輸入信號Vin的電壓范圍為VINP-P。
這樣，在差動雙端輸入方式及單端輸入方式中，即使各模擬輸入電壓的變化范圍相同，但模擬輸入信號的電壓范圍也不相同。
在上述的以往?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路中，在模擬輸入信號的電壓范圍改變時，或模擬輸入信號的輸入方式改變時，必須對電路構(gòu)成進(jìn)行再設(shè)計。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供不增加電路構(gòu)成的復(fù)雜性及電路規(guī)模而保持高的轉(zhuǎn)換精度及實現(xiàn)高的轉(zhuǎn)換速度的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路。
本發(fā)明的其它目的在于提供能夠不進(jìn)行電路構(gòu)成的再設(shè)計而容易改變模擬輸入信號的電壓范圍或差動雙端輸入與單端輸入之間的輸入方式改變的流水線型?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路。
本發(fā)明的一種形態(tài)的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路，包括由n級電路構(gòu)成的多級流水線結(jié)構(gòu)，除了最后級電路以外的各級電路，具有將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換器、將輸入的模擬信號進(jìn)行放大的第1運(yùn)算放大電路、將?！獢?shù)轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號的數(shù)—模轉(zhuǎn)換器、以及將第1運(yùn)算放大電路輸出的模擬信號與數(shù)—模轉(zhuǎn)換器輸出的模擬信號之差分進(jìn)行放大的第2運(yùn)算放大電路，在除了最后級電路以外的至少1級電路中，第1運(yùn)算放大電路人有大于1的增益，能夠分別獨(dú)立設(shè)定數(shù)—模轉(zhuǎn)換器的電壓范圍及?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路的電壓范圍，使得第1運(yùn)算放大電路的輸出電壓范圍與數(shù)—模轉(zhuǎn)換器的電壓范圍相等。
在本發(fā)明的模—數(shù)轉(zhuǎn)換電路中，通過分別獨(dú)立設(shè)定數(shù)—模轉(zhuǎn)換器的電壓范圍及?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路的電壓范圍，在第1運(yùn)算放大電路即使具有大于1的增益的情況下，也能夠使第1運(yùn)算放大電路輸出電壓范圍與數(shù)—模轉(zhuǎn)換器的電壓范圍相等。通過這樣，各級電路的設(shè)計自由度增大。因而，能夠考慮到功耗及電路的占有面積，以各自適當(dāng)?shù)碾妷悍秶O(shè)計是各級電路構(gòu)成要素的模—數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)—模轉(zhuǎn)換器、第1運(yùn)算放大電路及第2運(yùn)算放大電路。
另外，由于除了最后級以外的各級電路包含第1運(yùn)算放大電路及第2運(yùn)算放大電路，因此能夠降低環(huán)路常數(shù)，而且減少第1運(yùn)算放大電路及第2運(yùn)算放大電路的負(fù)載電容。通過這樣，各第1運(yùn)算放大電路及第2運(yùn)算放大電路的極限工作頻率提高。因而，能夠不使各第1運(yùn)算放大電路及第2運(yùn)算放大電路其本身的性能提高，而保持高的轉(zhuǎn)換精度，同時使轉(zhuǎn)換動作實現(xiàn)高速化。
這些結(jié)果能夠不增加電路構(gòu)成的復(fù)雜性及電路規(guī)模，而實現(xiàn)保持高的轉(zhuǎn)換精度及使轉(zhuǎn)換動作高速化的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路。
在至少1級電路中，數(shù)—模轉(zhuǎn)換器的電壓范圍與?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路的電壓范圍之比也可以與第1運(yùn)算放大電路的增益相等。
在這種情況下，通過使數(shù)—模轉(zhuǎn)換器的電壓范圍與?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路的電壓范圍之比等于第1運(yùn)算放大電路的增益，能夠使第1運(yùn)算放大電路的輸出電壓范圍與數(shù)—模轉(zhuǎn)換器的電壓范圍相等。通過這樣，第2運(yùn)算放大電路能夠?qū)⑾嗟鹊碾妷悍秶哪M信號差分進(jìn)行放大。
在至少1級電路中，也可以是?！獢?shù)轉(zhuǎn)換器根據(jù)具有第1電壓范圍的基準(zhǔn)電壓工作，數(shù)—模轉(zhuǎn)換器根據(jù)具有第2電壓范圍的基準(zhǔn)電壓工作，分別獨(dú)立設(shè)定第1電壓范圍及第2電壓范圍，使得第1運(yùn)算放大電路的輸出電壓范圍與數(shù)—模轉(zhuǎn)換器的電壓的范圍相等。
在這種情況下，?！D(zhuǎn)換器根據(jù)具有第1電壓范圍的基準(zhǔn)電壓工作，數(shù)—模轉(zhuǎn)換器根據(jù)具有第2電壓范圍的基準(zhǔn)電壓工作，通過分別獨(dú)立設(shè)定第1電壓范圍及第2電壓范圍，能夠使第1運(yùn)算放大電路的輸出電壓范圍與數(shù)—模轉(zhuǎn)換器的電壓范圍相等。
在至少1級電路中，第2電壓范圍與第1電壓范圍之比也可以與第1運(yùn)算放大電路的增益相等。
在這種情況下，通過使第2電壓范圍與第1電壓范圍之比與第1運(yùn)算放大電路的增益相等，則第1運(yùn)算放大電路的輸出電壓范圍與數(shù)—模轉(zhuǎn)換器的電壓范圍相等。
本發(fā)明的其它形態(tài)的模—數(shù)轉(zhuǎn)換電路，包括由多級電路構(gòu)成的多級流水線結(jié)構(gòu)，除了最后級電路以外的各級電路，具有將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換器、將輸入的模擬信號進(jìn)行放大的第1運(yùn)算放大電路、將?！獢?shù)轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號的數(shù)—模轉(zhuǎn)換器、以及將第1運(yùn)算放大電路輸出的模擬信號與數(shù)—模轉(zhuǎn)換器輸出的模擬信號之差分進(jìn)行放大的第2運(yùn)算放大電路，在除了最后級電路以外的至少1級電路中，第1運(yùn)算放大電路具有大于1的增益，數(shù)—模轉(zhuǎn)換器具有將多個電容連接成陣列狀的電視陣列，用來根據(jù)數(shù)字信號產(chǎn)生模擬信號電壓，第2運(yùn)算放大電路具有輸入電容、反饋電容及運(yùn)算放大器，將第1運(yùn)算放大電路輸出的模擬信號以輸入電容的值及反饋電容的值確定的第1增益進(jìn)行放大，同時將利用數(shù)—模轉(zhuǎn)換器由電容陣列產(chǎn)生的模擬信號以電容陣列的值及反饋電容的值確定的第2增益進(jìn)行放大，將以第1增益放大的模擬信號與以第2增益放大的模擬信號之差分輸出，分別獨(dú)立設(shè)定電容陣列的值及輸入電容的值，使得第1增益倍的第1運(yùn)算放大電路的輸出電壓范圍與第2增益倍的數(shù)—模轉(zhuǎn)換器的電壓范圍相等。
在這種情況下，第1運(yùn)算放大電路輸出的模擬信號以第1增益放大，同時數(shù)—模轉(zhuǎn)換器輸出的模擬信號以第2增益放大，將放大的模擬信號的差分輸出。通過分別獨(dú)立設(shè)定電容陣列的值及輸入電容的值，能夠使得第1增益倍的第1運(yùn)算放大電路的輸出電壓范圍與第2增益倍的數(shù)—模轉(zhuǎn)換器的電壓范圍相等。
在至少1級電路中，電容陣列的值與輸入電容的值之比也可以與第1運(yùn)算放大電路的增益相等。
在這種情況下，通過使電容陣列的值與輸入電容的值之比與第1運(yùn)算放大電路的增益相等，則第1增益倍的第1運(yùn)算放大電路的輸出電壓范圍與第2增益倍的數(shù)—模轉(zhuǎn)換器的電壓范圍相等。
在至少1級電路中，也可以是第2運(yùn)算放大電路的運(yùn)算放大器具有與電容陣列連接的一輸入端，而且還具有另一輸入端及輸出端，反饋電容連接在運(yùn)算放大器—輸入端與輸出端之間，輸入電容在運(yùn)算放大器的一輸入端與電容陣列并聯(lián)，第2運(yùn)算放大電路還包含開關(guān)電路使運(yùn)算放大器的一輸入端與另一輸入端之間處于短路狀態(tài)，同時將運(yùn)算放大器輸出的模擬信號提供給輸入電容的輸入端，而且將任意的第1設(shè)定電壓提供給電容陣列的輸入端，然后使運(yùn)算放大器的一輸入端與另一輸入端之間處于開路狀態(tài)，同時將任意的第2設(shè)定電壓提供給輸入電容的輸入端，而且將數(shù)—模轉(zhuǎn)換器輸出的模擬信號提供給電容陣列的輸入端。
在這種情況下，第1運(yùn)算放大電路輸出的模擬信號以第1增益放大，同時數(shù)—模轉(zhuǎn)換器輸出的模擬信號以第2增益放大，不利用開關(guān)切換這些模擬信號，而是放大的模擬信號以設(shè)定電壓作為媒介進(jìn)行減法運(yùn)算，將減法值輸出。通過這樣，能夠減少噪聲，同時實現(xiàn)低電壓工作。
在至少1級電路中，第2運(yùn)算放大電路的設(shè)定電壓也可以是第1運(yùn)算放大電路輸出的模擬信號的規(guī)定電壓。
在這種情況下，由于不需要提供設(shè)定電壓用的開關(guān)或電路，因此能夠更減少噪聲，同時電路結(jié)構(gòu)簡單。
在至少1級電路中，也可以是第1運(yùn)算放大電路輸出差動的第1及第2模擬信號，數(shù)—模轉(zhuǎn)換器的電容陣列包含根據(jù)數(shù)字信號分別產(chǎn)生差動的第3及第4模擬信號電壓用的第1及第2電容陣列，第2運(yùn)算放大電路的運(yùn)算放大器具有與第1電容陣列連接的另一輸入端、一輸出端以及另一輸出端，反饋電容包含在運(yùn)算放大器的一輸入端與一輸出端之間連接的第1反饋電容、以及在運(yùn)算放大器的另一輸入端與另一輸出端之間連接的第2反饋電容，輸入電容包含在運(yùn)算放大器的一輸入端與第1電容陣列并聯(lián)的第1輸入電容、以及在運(yùn)算放大器的另一輸入端與第2電容陣列并聯(lián)的第2輸入電容，第2運(yùn)算放大電路還包含開關(guān)電路，將運(yùn)算放大器的輸入端及另一輸入端與規(guī)定的基準(zhǔn)電位連接，同時將第1運(yùn)算放大電路輸出的差動第1及第2模擬信號分別提供給第1及第2輸入電容的輸入端，而且將任意的第1設(shè)定電壓分別提供給第1及第2電容陣列的輸入端，然后將運(yùn)算放大器的一輸入端及另一輸入端從基準(zhǔn)電位切斷，同時將任意的第2設(shè)定電壓分別提供給第1及第2輸入電容的輸入端，而且將數(shù)—模轉(zhuǎn)換器輸出的差動第3及第4模擬信號分別提供給第1及第2電容陣列的輸入端，分別獨(dú)立設(shè)定第1電容陣列的值及第1輸入電容的值，而且分別獨(dú)立設(shè)定第2電容陣列的值及第2輸入電容的值，使得第1增益倍的第1運(yùn)算放大電路的輸出電壓范圍與第2增益倍的數(shù)—模轉(zhuǎn)換器的電壓范圍相等。
在這種情況下，通過分別獨(dú)立設(shè)定第1電容陣列的值及第1輸入電容的值，而且分別獨(dú)立設(shè)定第2電容陣列的值及第2輸入電容的值，能夠使得輸出差動模擬信號的第1運(yùn)算放大電路的第1增益倍的輸出電壓范圍與輸出差動模擬信號的數(shù)—模轉(zhuǎn)換器的第2增益倍的電壓范圍相等。
在至少1級電路中，也可以第1電容陣列的值與第1輸入電容的值之比與第1運(yùn)算放大電路的增益相等，第2電容陣列的值與第2輸入電容的值之比與第1運(yùn)算放大電路的增益相等。
在這種情況下，通過使第1電容陣列的值與第1輸入電容的值之比及使第2電容陣列的值與第2輸入電容的值之比與第1運(yùn)算放大電路的增益相等，則輸出差動模擬信號的第1運(yùn)算放大電路的第1增益倍的輸出電壓范圍與輸出差動模擬信號的數(shù)—模轉(zhuǎn)換器的第2增位置倍的電壓范圍相等。
在至少1級電路中，作為第2運(yùn)算放大電路的第2設(shè)定電壓，也可以是在第1運(yùn)算放大電路中均衡的輸出電壓。
在這種情況下，由于不需要提供第2設(shè)定電壓用的開關(guān)或電路，因此進(jìn)一步減少噪聲，同時電路結(jié)構(gòu)簡單。
本發(fā)明的另一其它形態(tài)的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路，包括由n級電路構(gòu)成的多級流水線結(jié)構(gòu)，除了最后級電路以外的各級電路，具有將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換器、將輸入的模擬信號進(jìn)行放大第1運(yùn)算放大電路、將?！獢?shù)轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號的數(shù)—模轉(zhuǎn)換器、以及將第1運(yùn)算放大電路輸出的模擬信號與數(shù)—模轉(zhuǎn)換器輸出的模擬信號之差分進(jìn)行放大的第2運(yùn)算放大電路，在除了最后級電路以外的至少1級電路中，第1運(yùn)算放大電路具有大于1的增益，?！獢?shù)轉(zhuǎn)換器根據(jù)具有第1電壓范圍的基準(zhǔn)電壓工作，數(shù)—模轉(zhuǎn)換器根據(jù)具有第2電壓范圍的基準(zhǔn)電壓工作，數(shù)—模轉(zhuǎn)換器具有將多個電容連接成陣列狀的電容陣列，用來根據(jù)數(shù)字信號產(chǎn)生模擬信號電壓，第2運(yùn)算放大電路具有輸入電容、反饋電容及運(yùn)算放大器，將第1運(yùn)算放大電路輸出的模擬信號以輸入電容的值及反饋電容的值確定的第1增益進(jìn)行放大，同時將利用數(shù)—模轉(zhuǎn)換器由電容陣列產(chǎn)生的模擬信號以電容陣列的值及反饋電容的值確定的第2增益進(jìn)行放大，將以第1增益放大的模擬信號與以第2增益放大的模擬信號之差分輸出，分別獨(dú)立設(shè)定第1電壓范圍及第2電壓范圍，同時分別獨(dú)立設(shè)定電容陣列的值及輸入電容的值，使得第1增益倍的第1運(yùn)算放大電路的輸出電壓范圍與第2增益倍的數(shù)—模轉(zhuǎn)換器的電壓相等。
在這種情況下，模—數(shù)轉(zhuǎn)換器根據(jù)具有第1電壓范圍的基準(zhǔn)電壓工作，數(shù)—模轉(zhuǎn)換器根據(jù)具有第2電壓范圍的基準(zhǔn)電壓工作，分別獨(dú)立設(shè)定第1電壓范圍及第2電壓范圍，同時分別獨(dú)立設(shè)定電容陣列的值及輸入電容的值，通過這樣，能夠使第1增益倍的運(yùn)算放大電路的輸出電壓范圍與第2增益倍的數(shù)—模轉(zhuǎn)換器的電壓范圍相等。
本發(fā)明的另一其它形態(tài)的模—數(shù)轉(zhuǎn)換電路，包括由多級電路構(gòu)成的多級流水線結(jié)構(gòu)，除了最后級電路以外的各級電路，具有將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換器、將?！獢?shù)轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號的數(shù)—模轉(zhuǎn)換器、以及將輸入的模擬信號與數(shù)—模轉(zhuǎn)換器輸出的模擬信號之差分進(jìn)行放大的第1運(yùn)算放大電路，最后級電路包含將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換器，除了最后級電路以外的至少1級電路包含具有將電壓范圍進(jìn)行多級切換的切換裝置的?！獢?shù)結(jié)構(gòu)器、具有將電壓范圍進(jìn)行多級切換的切換裝置的數(shù)—模轉(zhuǎn)換器以及具有將增益進(jìn)行多級切換的切換裝置的第1運(yùn)算放大電路中的至少1種電路，及/或最后級電路包含具有將電壓范圍進(jìn)行多級切換的切換裝置的模—數(shù)轉(zhuǎn)換器。
在本發(fā)明的模—數(shù)轉(zhuǎn)換電路中，由于除了最后級電路以外的至少1級電路包含具有將電壓范圍進(jìn)行多級切換的切換裝置的模—數(shù)轉(zhuǎn)換器、具有將電壓范圍進(jìn)行多級切換的切換裝置的數(shù)—模轉(zhuǎn)換器以及具有將增益進(jìn)行多級切換的切換裝置的第1運(yùn)算放大電路中的至少1種電路，及/或最后級電路包含具有將電壓范圍進(jìn)行多級切換的切換裝置的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換器，因此能夠切換?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路的電壓范圍、數(shù)—模轉(zhuǎn)換器的電壓范圍及第1運(yùn)算放大電路的增益中的至少1個量。
通過這樣，即使由于將差動雙端輸入方式改變?yōu)閱味溯斎敕绞蕉鼓M輸入信號的電壓范圍改變，也不需要對電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行再設(shè)計。另外，在改變單端輸入的模擬輸入信號的電壓范圍時，或者在改變差動雙端輸入的模擬輸入信號的電壓范圍時，也不需要對電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行再設(shè)計。
因而，能夠不要進(jìn)行電路結(jié)構(gòu)的再設(shè)計，就容易改變模擬輸入信號的電壓范圍在差動雙端輸入與單端輸入之間改變輸入方式。
其結(jié)果能夠力圖縮短模—數(shù)轉(zhuǎn)換電路的開發(fā)周期，能夠通過采用最佳的電壓范圍，容易實現(xiàn)低功耗。
除了最后級電路以外的各級電路，也可以還包含將輸入的模擬信號進(jìn)行放大后提供給第1運(yùn)算放大電路的第2運(yùn)算放大電路，除了最后級電路以外的至少1級電路的第2運(yùn)算放大電路還可以具有將增益進(jìn)行多級切換的切換裝置。
在這種情況下，通過將至少1級電路的第2運(yùn)算放大電路的增益進(jìn)行多級切換，就能夠不要進(jìn)行電路結(jié)構(gòu)的再設(shè)計，就容易改變模擬輸入信號的電壓范圍或在差動雙端輸入與單端輸入之間改變輸入方式。
除了最后級電路以外的至少1級電路的第1運(yùn)算放大電路也可以具有將增益進(jìn)行多級切換的切換裝置。
在這種情況下，通過將至少1級電路的第1運(yùn)算放大電路的增益進(jìn)行多級切換，就能夠不要進(jìn)行電路結(jié)構(gòu)的再設(shè)計，就容易改變模擬輸入信號的電壓范圍或在差動雙端輸入與單端輸入之間改變輸入方式。
至少1級電路的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換器也可以具有將電壓范圍進(jìn)行多級切換的切換裝置。
在這種情況下，通過將至少1級電路的模—數(shù)轉(zhuǎn)換器的電壓范圍進(jìn)行多級切換，就能夠不要進(jìn)行電路結(jié)構(gòu)的再設(shè)計，就容易改變模擬輸入信號的電壓范圍或在差動雙端輸入與單端輸入之間改變輸入方式。
除了最后級電路的至少1級電路的數(shù)—模轉(zhuǎn)換器也可以具有將電壓范圍進(jìn)行多級切換的切換裝置。
在這種情況下，通過將至少1級電路的數(shù)—模轉(zhuǎn)換器的電壓范圍進(jìn)行多級切換，就能夠不要進(jìn)行電路結(jié)構(gòu)的再設(shè)計，就容易改變模擬輸入信號的電壓范圍或在差動雙端輸入與單端輸入之間改變輸入方式。
至少1級電路的第2運(yùn)算放大電路也可以具有輸入電容、反饋電容及運(yùn)算放大器，將輸入的模擬信號以根據(jù)輸入電容的值及反饋電容的值確定的增益進(jìn)行放大，切換裝置也可以包含對輸入電容的值及反饋電容的至少一方進(jìn)行可變設(shè)定的可變部分。
在這種情況下，輸入的模擬信號以根據(jù)輸入電容的值及反饋電容的值確定的增益進(jìn)行放大。因而，通過改變運(yùn)算放大器的輸入電容的值及反饋電容的值的至少一方，就能夠容易切換第2運(yùn)算放大電路的增益。
可變部分也可以包含將輸入電容或反饋電容的一部分切換為斷開狀態(tài)或短路狀態(tài)的切換部分。
在這種情況下，通過利用切換部分將輸入電容或反饋電容的一部分切換為斷開狀態(tài)或短路狀態(tài)，能夠改變運(yùn)算放大器的輸入電容或反饋電容。這樣，能夠容易切換第2運(yùn)算放大電路的增益。
至少1級電路的第1運(yùn)算放大電路也可以具有輸入電容、反饋電容及運(yùn)算放大器，將輸入的模擬信號以根據(jù)輸入電容的值及反饋電容的值確定的增益進(jìn)行放大，切換裝置也可以包含對輸入電容的值及反饋電容的值的至少一方進(jìn)行可變設(shè)定的可變部分。
在這種情況下，輸入的模擬信號以根據(jù)輸入電容的值及反饋電容的值確定的增益進(jìn)行放大。因而，通過改變運(yùn)算放大器的輸入電容的值及反饋電容的值的至少一方，就能夠容易切換第1運(yùn)算放大電路的增益。
可變部分也可以包含將輸入電容或反饋電容的一部分切換為斷開狀態(tài)或短路狀態(tài)的切換部分。
在這種情況下，通過利用切換部分將輸入電容或反饋電容的一部分切換為斷開狀態(tài)或短路狀態(tài)，能夠改變運(yùn)算放大器的輸入電容或反饋電容。這樣，能夠容易切換第1運(yùn)算放大電路的增益。
反饋電容也可以包含在運(yùn)算放大器的輸入端與輸入端之間并聯(lián)或串聯(lián)設(shè)置的第1及第2電容，切換部分也可以與第2電容串聯(lián)或并聯(lián)。
若使切換部分處于連接狀態(tài)，則在運(yùn)算放大器的輸入端與輸出端之間第1及第2電容并聯(lián)或串聯(lián)。這樣，反饋電容增加或減少。另外，若使切換部分處于斷開狀態(tài)，則在運(yùn)算放大器的輸入端與輸出端之間僅連接第1電容。這樣，反饋電容減少或增加。
切換部分也可以與運(yùn)算放大器的輸出端連接。
在第2電容相對于切換部分是與輸出側(cè)連接時，即使切換部分被設(shè)定為斷開狀態(tài)，但第2電容的寄生電容仍充電，這樣，在設(shè)定增益時，必須考慮寄生電容，由于寄生電容的差異，導(dǎo)致增益產(chǎn)生差異。這里，利用切換部分相對于第2電容與輸出側(cè)連接，在切換部分段設(shè)定為斷開狀態(tài)時，利用切換部分將第2電容從輸出端斷開的同時，將寄生電容斷開。因而，在設(shè)定增益時，沒有必要考慮第2電容的寄生電容，不含由于寄生電容的差異導(dǎo)致增益的差異。
輸入電容也可以在運(yùn)算放大器輸入端并聯(lián)或串聯(lián)。
若使切換部分處于連接狀態(tài)，則在運(yùn)算放大器的輸入端第1及第2電容并聯(lián)或串聯(lián)。這樣，輸入電容增加或減少。另外，若使切換部分處于斷開狀態(tài)，則在運(yùn)算放大器的輸入端僅連接第1電容。這樣，輸入電容減少或增加。
切換部分也可以與第2電容的輸入側(cè)連接。
在第2電容相對于切換部分是與輸入側(cè)連接時，即使切換部分被設(shè)定為斷開狀態(tài)，但第2電容的寄生電容仍充電。這樣，在設(shè)定增益時，必須考慮寄生電容，由于寄生電容的差異，導(dǎo)致增益產(chǎn)生差異。這里，利用切換部分相對于第2電容與輸出側(cè)連接，在切換部分被設(shè)定為斷開狀態(tài)時，利用切換部分將第2電容從接受輸入信號的節(jié)點(diǎn)斷開的同時，將寄生電容斷開。因而，在設(shè)定增益時，沒有必要考慮第2電容的寄生電容，不會由于寄生電容的差異導(dǎo)致增益的差異。
至少1級電路的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換器也可以包含產(chǎn)生多具基準(zhǔn)電壓的基準(zhǔn)電壓發(fā)生電路、以及將基準(zhǔn)電壓發(fā)生電路產(chǎn)生的多具基準(zhǔn)電壓與輸入的模擬信號進(jìn)行比較的比較器，切換裝置也可以包含基準(zhǔn)電壓發(fā)生電路產(chǎn)生的多個基準(zhǔn)電壓進(jìn)行可變設(shè)定的可變部分。
在這種情況下，通過改變基準(zhǔn)電壓發(fā)生電路產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓，能夠改變基準(zhǔn)電壓的電壓范圍。通過這樣，能夠容易切換模—數(shù)轉(zhuǎn)換器的電壓范圍。
除了最后級電路以外的至少1級電路的數(shù)—模轉(zhuǎn)換器，也可以包含產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓的基準(zhǔn)電壓發(fā)生電路、與公共端連接的多個電容、以及多個開關(guān)，該多個開關(guān)連接在基準(zhǔn)電壓發(fā)生電路與多個電容之間，根據(jù)輸入的數(shù)字信號，將基準(zhǔn)電壓發(fā)生電路產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓分別提供給多個電容，切換裝置也可以包含對基準(zhǔn)電壓發(fā)生電路產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行可變設(shè)定的可變部分。
在這種情況下，通過改變基準(zhǔn)電壓發(fā)生電路產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓，能夠改變基準(zhǔn)電壓的電壓范圍。通過這樣，能夠容易切換數(shù)—模轉(zhuǎn)換器的電壓范圍。


圖1所示為本發(fā)明第1實施形態(tài)的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路的構(gòu)成方框圖。
圖2為圖1的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路中第1級電路內(nèi)的子A/D轉(zhuǎn)換器及D/A轉(zhuǎn)換器電路圖。
圖3所示為差動輸入用的子A/D轉(zhuǎn)換器及D/A轉(zhuǎn)換器的構(gòu)成電路圖。
圖4所示為產(chǎn)生第1級—第4級的基準(zhǔn)電壓用的電阻電路圖。
圖5為差動輸入用基準(zhǔn)電壓范圍的說明圖。
圖6所示為子A/D轉(zhuǎn)換器及D/A轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓范圍比與運(yùn)算放大電路的增益的關(guān)系圖。
圖7所示為子A/D轉(zhuǎn)換器及D/A轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓范圍比與運(yùn)算放大電路的增益的關(guān)系圖。
圖8所示為發(fā)明第2實施形態(tài)的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路的構(gòu)成方框圖。
圖9為說明圖8的模—數(shù)轉(zhuǎn)換電路中的減法放大電路工作原理用的電路圖。
圖10為說明圖9的減法放大電路的工作用的說明圖。
圖11所示為圖8的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路采用圖9的減法運(yùn)算電路時的D/A轉(zhuǎn)換器及減法放大電路的具體構(gòu)成電路圖。
圖12所示為第1級的子A/D轉(zhuǎn)換器的一部分、第1級的減法放大電路及第2級的運(yùn)算放大電路的構(gòu)成電路圖。
圖13為說明圖8的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路中單端輸入用的減法放大電路工作原理用的電路圖。
圖14為說明圖13的減法放大電路的工作用的說明圖。
圖15所示為圖8的模—數(shù)轉(zhuǎn)換電路采用圖13的減法運(yùn)算電路時的D/A轉(zhuǎn)換器及減法放大電路的具體構(gòu)成電路圖。
圖16所示為本發(fā)明第3實施形態(tài)的流水線型?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路的構(gòu)成方框圖。
圖17所示為將圖16的模—數(shù)轉(zhuǎn)換電路分別切換為差動雙端輸入方式及單端輸入方式時的設(shè)定圖。
圖18所示為本發(fā)明第4實施形態(tài)的流水線型?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路的構(gòu)成方框圖。
圖19所示為圖16的模—數(shù)轉(zhuǎn)換電路中運(yùn)算放大電路的構(gòu)成第1例的電路圖。
圖20所示為圖16的模—數(shù)轉(zhuǎn)換電路中運(yùn)算放大電路的構(gòu)成第2例的電路圖。
圖21所示為運(yùn)算放大電路的具體電路構(gòu)成第1例的電路圖。
圖22所示為運(yùn)算放大電路的具體電路構(gòu)成第2例的電路圖。
圖23所示為運(yùn)算放大電路的具體電路構(gòu)成第3例的電路圖。
圖24所示為運(yùn)算放大電路的具體電路構(gòu)成第4例的電路圖。
圖25所示為運(yùn)算放大電路的具體電路構(gòu)成第5例的電路圖。
圖26所示為運(yùn)算放大電路的具體電路構(gòu)成第6例的電路圖。
圖27所示為圖16的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路中子A/D轉(zhuǎn)換器的構(gòu)成第1例的電路圖。
圖28所示為圖27的子A/D轉(zhuǎn)換器采用的比較器的構(gòu)成電路圖。
圖29所示為圖16的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路中子A/D轉(zhuǎn)換器的構(gòu)成第2例的電路圖。
圖30所示為圖29的子A/D轉(zhuǎn)換器采用的比較器的構(gòu)成電路圖。
圖31為圖18的模—數(shù)轉(zhuǎn)換電路中第2級電路內(nèi)的子A/D轉(zhuǎn)換器的電路圖。
圖32為圖18的模—數(shù)轉(zhuǎn)換電路中第2級電路內(nèi)的子D/A轉(zhuǎn)換器的電路圖。
圖33為圖18的模—數(shù)轉(zhuǎn)換電路中第2級電路內(nèi)的減法放大電路構(gòu)成第1例的電路圖。
圖34為圖18的模—數(shù)轉(zhuǎn)換電路中第2級電路內(nèi)的減法放大電路構(gòu)成第2例的電路圖。
圖35所示為切換裝置的切換部分其它例子的電路圖。
圖36所示為切換裝置的另一其它例子的平面圖及剖面圖。
圖37所示為切換裝置的另一其它例子的平面圖及剖面圖。
圖38所示為以往的具有多流水線結(jié)構(gòu)的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成方框圖。
圖39為圖38的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路中子A/D轉(zhuǎn)換器及D/A轉(zhuǎn)換器的電路圖。
圖40所示為模—數(shù)轉(zhuǎn)換電路中減法放大電路的動作原理的電路圖。
圖41為說明圖40的減法放大電路的工作用的說明圖。
圖42所示為圖38的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路中采用圖40的減法放大電路時的D/A轉(zhuǎn)換器及減法放大電路的具體構(gòu)成電路圖。
圖43所示為以往的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路的方框圖。
圖44所示為圖43的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路中減法放大電路的構(gòu)成方框圖及說明該減法放大電路的工作用的說明圖。
圖45所示為圖43的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路中采用的子A/D轉(zhuǎn)換器的構(gòu)成圖。
圖46為說明差動雙端輸入及單端輸入的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換用的說明圖。
具體實施例方式
(1)第1實施形態(tài)圖1所示為本發(fā)明第1實施形態(tài)的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路的構(gòu)成方框圖。圖1的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路1具有10位4級流水線結(jié)構(gòu)。
在圖1中，?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路1由采樣保持電路2、第1級—第4級電路3-6、多個鎖存電路7及輸出電路8構(gòu)成。
第1級(初始級)～第3級電路3、4、5具有子A/D轉(zhuǎn)換器9、D/A轉(zhuǎn)換器10、運(yùn)算放大電路11、減法電路12及運(yùn)算放大電路13。減法電路12及運(yùn)算放大電路13構(gòu)成減法放大電路(差動放大器)14。第1級～第3級電路3～5內(nèi)的運(yùn)算放大電路11及13的增益為2。第4級(最后級)電路6僅具有子A/D轉(zhuǎn)換器9。減法放大電路14具有例如日本專利特開平11-88173號公報所揭示的公知的電路構(gòu)成。
第1級電路3為4位結(jié)構(gòu)，第2～4級電路4～6分別為2位結(jié)構(gòu)。在第1～3級電路3～5中，在A/D轉(zhuǎn)換器9及D/A轉(zhuǎn)換器10的位數(shù)(位結(jié)構(gòu))設(shè)定為相同。
對第1級電路3內(nèi)的子A/D轉(zhuǎn)換器9提供第1中間基準(zhǔn)電壓VRT1及低電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRB。對第1級電路3內(nèi)的D/A轉(zhuǎn)換器10提供高電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRT及低電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRB。對第2級～第4級電路3～5內(nèi)的子A/D轉(zhuǎn)換器9提供第2中間基準(zhǔn)電壓VRT2及第3中間基準(zhǔn)電壓VRT3，對第2級及第3級電路4及5內(nèi)的D/A轉(zhuǎn)換器10提供第1中間基準(zhǔn)電壓VRT1及低電位基準(zhǔn)電壓VRB。
如后所述，第1中間基準(zhǔn)電壓VRT1設(shè)定為高電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRT與低電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRB的中間值。這樣，第1級電路3內(nèi)的子A/D轉(zhuǎn)換器9的基準(zhǔn)電壓范圍(基準(zhǔn)電壓的滿量程范圍)設(shè)定為D/A轉(zhuǎn)換器10的基準(zhǔn)電壓范圍的1/2。
另外，第2中間基準(zhǔn)電壓VRT2與第3中間基準(zhǔn)電壓VRT3之差設(shè)定為第1中間基準(zhǔn)電壓VRT1與低電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRB之差的1/2。這樣，第2級及第3級電路4及5內(nèi)的子A/D轉(zhuǎn)換器9的基準(zhǔn)電壓范圍設(shè)定為D/A轉(zhuǎn)換器10的基準(zhǔn)電壓范圍的1/2。
下面說明圖1的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路1的工作情況。采樣保持電路2對模擬輸入信號Vin進(jìn)行采樣，保持一定時間，從采樣保持電路2輸出的模擬輸入信號Vin，傳送給第1級電路3。
在第1級電路3中，子A/D轉(zhuǎn)換器9對模擬輸入信號Vin進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。子A/D轉(zhuǎn)換器9的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果即高4位的數(shù)字輸出(29、28、27、26)傳送給D/A轉(zhuǎn)換器10，同時通過4個鎖存電路7傳送給輸出電路8。D/A轉(zhuǎn)換器10將子A/D轉(zhuǎn)換器9的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果即高4位的數(shù)字輸出轉(zhuǎn)換為模擬信號。
另外，運(yùn)算放大電路11將模擬輸入信號Vin進(jìn)行放大，減法電路12將運(yùn)算放大電路11輸出的模擬輸入信號Vin與D/A轉(zhuǎn)換器10的D/A轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行減法運(yùn)算。運(yùn)算放大電路13將減法電路12的輸出進(jìn)行放大，運(yùn)算放大電路13的輸出傳送給第2級電路4。
在第2級電路4中，子A/D轉(zhuǎn)換器9對第1級電路3的運(yùn)算放大電路13的輸出進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。子A/D轉(zhuǎn)換器9的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果傳送給D/A轉(zhuǎn)換器10，同時通過3個鎖存電路7傳送給輸出電路8。這樣，從第2級電路4得到中高2位的數(shù)字輸出(25、24)。
另外，運(yùn)算放大電路11將第1級電路3的運(yùn)算放大電路13的輸出進(jìn)行放大。減法電路12將運(yùn)算放大電路11的輸出與D/A轉(zhuǎn)換器10的D/A轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行減法運(yùn)算。運(yùn)算放大電路13將減法電路12的輸出進(jìn)行放大。運(yùn)算放大電路13的輸出傳送給第3級電路5。
在第3級電路5中，對第2級電路4的運(yùn)算放大電路13的輸出，進(jìn)行與2級電路4同樣的工作。這樣，從第3級電路5得到中低2位的數(shù)字輸出(23、22)。
在第4級電路6中，對第3級電路5的運(yùn)算放大電路13的輸出，子A/D轉(zhuǎn)換器9進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，得到低2位的數(shù)字輸出(21、20)。
第1～4級電路3～6的數(shù)字輸出經(jīng)過各鎖存電路7，同時到達(dá)輸出電路8。即為了取得各電路3～6的數(shù)字輸出的同步，設(shè)置各鎖存電路7。
輸出電路8在需要模擬輸入信號Vin的10位數(shù)字輸出Dout時，對數(shù)字校正處理后并行輸出。
這樣，在本實施形態(tài)的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路1中，由于各級電路3～5內(nèi)的D/A轉(zhuǎn)換器10的基準(zhǔn)電壓范圍設(shè)定為A/D轉(zhuǎn)換器9的基準(zhǔn)電壓范圍的2倍，因此各級電路3～5內(nèi)的D/A轉(zhuǎn)換器10的輸出電壓范圍(輸出電壓滿量程范圍)為子A/D轉(zhuǎn)換器9的輸入電壓范圍(輸入電壓的滿量程范圍)的2倍。這樣，增益2的運(yùn)算放大電路11的輸出電壓范圍與D/A轉(zhuǎn)換器10的輸出電壓范圍一致。因而，能夠不使各級電路3～5的電路構(gòu)成復(fù)雜，而且不使電路規(guī)模增大，而減法放大電路14能夠?qū)ο嗤敵鲭妷悍秶哪M信號的差分進(jìn)行放大。
另外，由于在各級電路3～5內(nèi)設(shè)置2級運(yùn)算放大電路11及13，因此能夠降低各運(yùn)算放大電路11及13的環(huán)路常數(shù)，而且能夠減少各運(yùn)算放大電路11及13的負(fù)載電容。其結(jié)果，能夠不使各運(yùn)算放大電路11及13的性能提高，而使轉(zhuǎn)換速度實現(xiàn)高速化。
另外，由于在初始電路3中的位結(jié)構(gòu)為4位構(gòu)成，由第2級至最后級電路4～6的位結(jié)構(gòu)為均勻分割為各2位，采用4-2-2-2結(jié)構(gòu)，因此能夠得到高的轉(zhuǎn)換精度(參照例如日本專利特開平9-69776號公報)。
另外，在本實施形態(tài)中，各級電路3～5的運(yùn)算放大電路11及13的增益為2，但也可以將運(yùn)算放大電路11及13的增益分別設(shè)定為其它值。
另外，在上述實施形態(tài)中，在各級電路3～5設(shè)置2級運(yùn)算放大電路11及13，但各級電路也可以設(shè)置3級以上的運(yùn)算放大電路。
圖2為圖1的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路1中第1級電路3內(nèi)的子A/D轉(zhuǎn)換器9及D/A轉(zhuǎn)換器10的電路圖。圖2的子A/D轉(zhuǎn)換器9為全并行比較(閃爍)方式子A/D轉(zhuǎn)換器，D/A轉(zhuǎn)換器10為電容陣列方式D/A轉(zhuǎn)換器。
子A/D轉(zhuǎn)換器9由產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓的電阻電路90及n個比較器D1～Dn構(gòu)成。電阻電路90由電阻nR及n個電阻R構(gòu)成。電阻nR具有電阻R的n倍的電阻值，連接在接受高電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRT的節(jié)點(diǎn)N31與中間節(jié)點(diǎn)N35之間。N個電阻R具有相同電阻值，在中間節(jié)點(diǎn)N35與接受低電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRB的節(jié)點(diǎn)N32之間串聯(lián)連接。在中間節(jié)點(diǎn)N35處，得到高電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRT與低電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRB之間的中間電壓即第1中間基準(zhǔn)電壓VRT1。這里，將在節(jié)點(diǎn)N32與中間節(jié)點(diǎn)N35之間連接的n個電阻R之間的節(jié)點(diǎn)N41～N4n的電位分別作為VR(1)～VR(n)。
輸入信號VI(模擬輸入信號Vin)輸入至各比較器D1～Dn的正輸入端。另外，各節(jié)點(diǎn)N41～N4n的電位VR(1)～VR(n)分別加在各比較器D1～D4的負(fù)輸入端。
這樣，在輸入信號VI分別高于電位VR(1)～VR(n)時，各比較器D1～Dn的輸出為高電平，在輸入信號VI分別低于電位VR(1)～VR(n)時，各比較器D1～Dn的輸出為低電平。
D/A轉(zhuǎn)換器10由分別連接成陣列狀的n個開關(guān)E1～En、F1～Fn、G1～Gn、H1～Hn、n個正鍘電容B1～Bn、以及n個負(fù)側(cè)電容C1～Cn構(gòu)成。
電容B1～Bn及C1～Cn都具有相同電容值C。從電容B1～Bn的一端(下面稱為輸出端)生成差動正輸出電壓VDA(+)，從電容C1～Cn的一端(下面稱為輸出端)生成差動負(fù)輸出電壓VDA(-)。另外，將各電容B1～Bn及C1～Cn的另一端稱為輸入端。
各開關(guān)E1～En的一端與節(jié)點(diǎn)N31連接，另一端與電容B1～Bn的輸入端連接。各開關(guān)F1～Fn的一端與節(jié)點(diǎn)N31連接，另一端與電容C1～Cn的輸入端連接。各開關(guān)G1～Gn的一端與節(jié)點(diǎn)N32連接，另一端與電容B1～Bn的輸入端連接。各開關(guān)H1～Hn的一端與節(jié)點(diǎn)N32連接，另一端與電容C1～Cn的輸入端連接。
各開關(guān)E1～En、F1～Fn、G1～Gn與H1～Hn分別用同一編號的開關(guān)構(gòu)成4聯(lián)開關(guān)。例如，開關(guān)E1、F1、G1與H1為1聯(lián)，開關(guān)En、Fn、Gn與Hn也為1聯(lián)。然后，各開關(guān)E1～En、F1～Fn、G1～Gn及H1～Hn分別根據(jù)各比較器D1～Dn的輸出電平，進(jìn)行開關(guān)動作。例如，在比較器Dn的輸出為高電平時，開關(guān)En及Hn閉合，開關(guān)Gn及Fn斷開。反之，在比較器Dn的輸出為低電平時，開關(guān)En及Hn斷開，開關(guān)Gn及Fn閉合。
下面說明D/A轉(zhuǎn)換器110的工作情況。在初始條件下，各電容B1～Bn的輸入端及輸出端的電位部為0V，各開關(guān)E1～En、F1～Fn、G1～Gn及H1～Hn都斷開。因而，在初始條件下，全部電容B1～Bn及C1～Cn儲存的電荷(電量)Q1＝0。
這里，在n個比較器D1～Dn中有m個輸出為高電平時，各開關(guān)E1～En有m個閉合，(n-m)個斷開。各開關(guān)G1～Gn中有(n-m)個閉合，m個斷開。根據(jù)該各開關(guān)E1～En及G1～Gn的開關(guān)動作，全部電容B1～Bn儲存的電荷Q2由下式(A1)表示。
Q2＝m(VRT-VDA(+))c+(n-m)(VRB-VDA(+))c(A1)根據(jù)電荷守恒定律，Q1＝Q2。因而，差動正輸出電壓VDA(+)由下式(A2)表示。
VDA(+)＝VRB+m(VRT-VRB)/n (A2)另外，在n個比較器D1～Dn中有m個輸出為高電平時，各開關(guān)H1～Hn中有m個閉合，(n-m)個斷開，各開關(guān)F1～Fn中有(n-m)個閉合，m個斷開。根據(jù)該各開關(guān)H1～Hn及F1～Fn的開關(guān)動作，全部電容C1～Cn儲存的電荷Q3由下式(A3)表示。
Q3＝(n-m)(VRT-VDA(-)c+m(VRB-VDA(-))c (A3)根據(jù)電荷守恒定律，Q1＝Q3，因而，差動負(fù)輸出電壓VDA(-)由下式(A4)表示。
VDA(-)＝VRT-m(VRT-VRB)/n (A4)
因此，根據(jù)上式(A2)及(A4)，差分電壓ΔVDA由式(A5)表示。
ΔVDA＝VDA(+)-VDA(-)＝VRB-VRT+2m(VRT-VRB)/n (A5)在上述例子中，子A/D轉(zhuǎn)換器9的基準(zhǔn)電壓范圍RA1為第1中間基準(zhǔn)電壓VRT1與低電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRB之間的范圍，D/A轉(zhuǎn)換器10的基準(zhǔn)電壓范圍RD1為高電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRT與低電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRB之間的范圍。這里，2RA1＝RD1。
在這種情況下，子A/D轉(zhuǎn)換器9的輸入電壓范圍與基準(zhǔn)電壓范圍RA1相等，D/A轉(zhuǎn)換器10的輸出電壓范圍與基準(zhǔn)電壓范圍RD1相等。
這樣，通過使子A/D轉(zhuǎn)換器9的基準(zhǔn)電壓范圍RA1與D/A轉(zhuǎn)換器10的基準(zhǔn)電壓范圍RD1之比為2∶1，可以使D/A轉(zhuǎn)換器10的輸出電壓范圍為子A/D轉(zhuǎn)換器9的輸入電壓范圍的2倍。
另外，在圖2中，為了便于理解，所示的是單端輸入子A/D轉(zhuǎn)換器9的構(gòu)成，但在本實施形態(tài)中，將采用差動輸入用子A/D轉(zhuǎn)換器9。
圖3所示為差動輸入用的子A/D轉(zhuǎn)換器9及D/A轉(zhuǎn)換器10的構(gòu)成電路圖。
在圖3的子A/D轉(zhuǎn)換器9中，電阻nR連接在接受高電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRT的節(jié)點(diǎn)N31與中間節(jié)點(diǎn)N35之間。在中間節(jié)點(diǎn)N35與接受低電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRB的節(jié)點(diǎn)N32之間并聯(lián)連接2級分別由n個電阻R構(gòu)成的串聯(lián)電路。由中間節(jié)點(diǎn)N35得到第1中間基準(zhǔn)電壓VRT1。
這里，在中間節(jié)點(diǎn)N35與節(jié)點(diǎn)N32之間的一條串聯(lián)電路中，將n個電阻R之間的節(jié)點(diǎn)電位依次作為VRn(+)VR1(+)。另外，在中間節(jié)點(diǎn)N35與節(jié)點(diǎn)N32之間的另一條串聯(lián)電路中，將n個電阻R之間的節(jié)點(diǎn)電位依次作為VR1(-)～VRn(-)。
差動輸入信號的一電壓Vi(+)通過開關(guān)提供給與比較器D1的正輸入端連接的電容，同時基準(zhǔn)電壓VR1(+)通過開關(guān)提供給與比較器D1的正輸入端連接的電容。另外，差動輸入信號的另一電壓Vi(-)通過開關(guān)提供給與比較器D1的負(fù)輸入端連接的電容，同時基準(zhǔn)電壓VR1(-)通過開關(guān)提供給與比較器D1的負(fù)輸入端連接的電容。
同樣，差動輸入信號的一電壓Vi(+)通過開關(guān)提供給與比較器Dn的正輸入端連接的電容，同時基準(zhǔn)電壓VRn(+)通過開關(guān)提供給與比較器Dn的正輸入端連接的電容。另外，差動輸入信號的另一電壓Vi(-)通過開關(guān)提供給與比較器Dn的負(fù)輸入端連接的電容，同時基準(zhǔn)電壓VRn(-)通過開關(guān)提供給與比較器Dn的負(fù)輸入端連接的電容。
圖4所示為產(chǎn)生第1級～第4級基準(zhǔn)電壓用的電阻電路圖。在本例中，設(shè)n＝16。
如圖4所示，在第1級的電阻電路90中，在接受高電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRT的節(jié)點(diǎn)N31與接受低電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRB的節(jié)點(diǎn)N32之間，第1電阻16R與第2～第5電阻4R串聯(lián)連接。電阻16R與第2電阻4R之間的中間節(jié)點(diǎn)N35得到第1中間基準(zhǔn)電壓VRT1。在第1級電路3中，中間節(jié)點(diǎn)N35與節(jié)點(diǎn)N32之間的電壓范圍成為子A/D轉(zhuǎn)換器9的基準(zhǔn)電壓范圍RA1，節(jié)點(diǎn)N31與節(jié)點(diǎn)N32之間的電壓范圍成為D/A轉(zhuǎn)換器10的基準(zhǔn)電壓范圍RD1。
在第2級及第3級的電阻電路91及92中，從第1電阻16R與第2電阻4R之間的節(jié)點(diǎn)n21及n31得到第1中間基準(zhǔn)電壓VRT1，從第2電阻4R與第3電阻4R之間的節(jié)點(diǎn)n22及n32得以第2中間基準(zhǔn)電壓VRT2，從第2電阻4R與第5電阻4R之間的節(jié)點(diǎn)n23及n33得到第3中間基準(zhǔn)電壓VRT3。
在第2級及第3級電路4及5中，節(jié)點(diǎn)22及n32與節(jié)點(diǎn)n23及n33之間的電壓范圍成為子A/D轉(zhuǎn)換器9的基準(zhǔn)電壓范圍RA2及RA3，節(jié)點(diǎn)n21及n31與節(jié)點(diǎn)N32之間的電壓范圍成為D/A轉(zhuǎn)換器10的基準(zhǔn)電壓范圍RD2及RD3。
在第4級電阻電路93中，從第2電阻4R與第3電阻4R之間的節(jié)點(diǎn)n42得到第2中間基準(zhǔn)電壓VRT2，從第4電阻4R與第5電阻4R之間的節(jié)點(diǎn)n43得到第3中間基準(zhǔn)電壓VRT3。在第4級電路6中，節(jié)點(diǎn)n42與節(jié)點(diǎn)n43之間的電壓范圍成為子A/D轉(zhuǎn)換器9的基準(zhǔn)電壓范圍RA4。
例如，第1級電阻電路90的電阻值400Ω，第2級～第4級電阻電路91～93的電阻值1200Ω。
根據(jù)圖4的電阻電路90～92，在各級電路3～5中，D/A轉(zhuǎn)換器10的基準(zhǔn)電壓范圍為子A/D轉(zhuǎn)換器9的基準(zhǔn)電壓范圍的2倍。
這里，例如設(shè)高電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRT與低電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRB之差為1V。在這種情況下，在單端輸入處理中，第1級D/A轉(zhuǎn)換器10的基準(zhǔn)電壓范圍RD1為1V，第1級子A/D轉(zhuǎn)換9的基準(zhǔn)電壓范圍RA1為0.5V。另外，在差動輸入(雙端輸入)處理中，第1級D/A轉(zhuǎn)換器10的基準(zhǔn)電壓范圍RD1為1V×2＝2V，第1級子A/D轉(zhuǎn)換器9的基準(zhǔn)電壓范圍RA1為0.5×2＝1V。
圖5為差動輸入用基準(zhǔn)電壓范圍的說明圖。在圖5中，VREF(+)及VREV(-)表示提供給子A/D轉(zhuǎn)換器9的差動輸入用基準(zhǔn)電壓。
基準(zhǔn)電壓VREF(+)在0.25V～0.75V的范圍內(nèi)變化，基準(zhǔn)電壓VREF(-)在0.75～0.25V的范圍內(nèi)變化。因而，基準(zhǔn)電壓VREF(+)與基準(zhǔn)電壓VREF(-)之差在-0.5V～+0.5V的范圍內(nèi)變化，基準(zhǔn)電壓范圍的滿量程為1V。
如下所示，在本實施形態(tài)的模—數(shù)轉(zhuǎn)換電路1中，通過任意設(shè)定各級電路3～5中的子A/D轉(zhuǎn)換器9的基準(zhǔn)電壓范圍與D/A轉(zhuǎn)換器10的基準(zhǔn)電壓范圍之比，能夠任意設(shè)定運(yùn)算放大電路11的增益及運(yùn)算放大電路13的增益。
圖6及圖7所示為子A/D轉(zhuǎn)換器9及D/A轉(zhuǎn)換器10的基準(zhǔn)電壓比與運(yùn)算放大電路11及13的增益的關(guān)系圖。
如圖6所示，在設(shè)定運(yùn)算放大電路11的增益為1、運(yùn)算放大電路13的增益為4時，設(shè)定子A/D轉(zhuǎn)換器9及D/A轉(zhuǎn)換器10的基準(zhǔn)電壓范圍比為1∶1。這樣，能夠使運(yùn)算放大電路11的輸出電壓范圍與D/A轉(zhuǎn)換器10的輸出電壓范圍一致。
另外，如圖7所示，在設(shè)定運(yùn)算放大電路11的增益為2、運(yùn)算放大電路13的增益為2時，設(shè)定子A/D轉(zhuǎn)換器9及D/A轉(zhuǎn)換器10的基準(zhǔn)電壓范圍比為1∶2。這樣，能夠使運(yùn)算放大電路11的輸出電壓范圍與D/A轉(zhuǎn)換器10的輸出電壓范圍一致。
這樣，在本實施形態(tài)的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路1中，通過分別獨(dú)立設(shè)定子A/D轉(zhuǎn)換器9的基準(zhǔn)電壓范圍及D/A轉(zhuǎn)換器10的基準(zhǔn)電壓范圍，能夠任意設(shè)定運(yùn)算放大電路11及13的增益。這樣，各級電路3～5的設(shè)計自由度增大。因而，能夠考慮到功率及電路占有面積，分別以適當(dāng)?shù)碾妷悍秶O(shè)計各級電路3～5的構(gòu)成要素即子A/D轉(zhuǎn)換器9、D/A轉(zhuǎn)換器10、運(yùn)算放大電路11及減法放大電路14。
(第2實施形態(tài))圖8所示為本發(fā)明第2實施形態(tài)的模—數(shù)轉(zhuǎn)換電路的構(gòu)成方框圖。圖8的模—數(shù)轉(zhuǎn)換電路1a也具有10位4級流水線結(jié)構(gòu)。
圖8的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路1a與圖1的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路1的不同點(diǎn)在于，在第1級～第3級電路3～5中，采用減法放大電路14a代替減法放大電路14。減法放大電路14a由減法電路12a及運(yùn)算放大電路13a構(gòu)成。
另外，在第1級～第4級電路3～6中，與圖38的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路101相同，高電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRT及低電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRB提供給子A/D轉(zhuǎn)換器9及D/A轉(zhuǎn)換器10。即子A/D轉(zhuǎn)換器9的基準(zhǔn)電壓范圍與D/A轉(zhuǎn)換器10的基準(zhǔn)電壓范圍相同。
圖8的模—數(shù)轉(zhuǎn)換電路1a的其它部分構(gòu)成及工作與圖1的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路1的構(gòu)成與工作相同。
圖9為說明圖8的模—數(shù)轉(zhuǎn)換電路1a中的減法放大電路14a的工作原理用的電路圖。另外，圖10為說明圖9的減法放大電路14a的工作用的說明圖。圖9的減法放大電路14a為全差動方式的減法放大電路。
在圖9的減法放大電路14a中，運(yùn)算放大器100的反相輸入端與節(jié)點(diǎn)Na連接，同相輸入端與節(jié)點(diǎn)Nb連接。另外，運(yùn)算放大器100的反相輸出端與節(jié)點(diǎn)NO1連接，同時通過電容20a與反相輸入端連接，同相輸出端與節(jié)點(diǎn)NO2連接，同時通過電容20b與同相輸入端連接。
節(jié)點(diǎn)Na通過開關(guān)SW11接地，節(jié)點(diǎn)Nb通過開關(guān)SW12接地。另外，節(jié)點(diǎn)Na通過電容30a與節(jié)點(diǎn)N11連接，而且通過電容40a與節(jié)點(diǎn)N12連接。節(jié)占Nb通過電容30b與節(jié)點(diǎn)N21連接，而且通過電容40b與節(jié)點(diǎn)N22連接。節(jié)點(diǎn)NO1通過開關(guān)SW14接地，節(jié)點(diǎn)NO2通過開關(guān)SW15接地。在節(jié)點(diǎn)NO1與NO2之間連接開關(guān)SW13。該開關(guān)SW13與開關(guān)SW11、SW12、SW14及SW15在相同時間動作。
電容20a及20b的電容值分別為C，電容30a及30b的電容值分別為2C，電容40a及40b的電容值分別為4C。
利用同1級的運(yùn)算放大電路11以增益2放大差分電壓2ΔVi＝2Vi(+)-2Vi(-)。另外，同1級的D/A轉(zhuǎn)換器10的D/A轉(zhuǎn)換結(jié)果，作為差分電壓ΔVDA提供給該減法放大電路14a。ΔVDA＝VDA(+)-VDA(-)。
從2Vi(+)變?yōu)閂A1的電壓輸入至節(jié)點(diǎn)N11，從VA2變?yōu)閂DA(+)的電壓輸入至節(jié)點(diǎn)N12，從2Vi(-)變?yōu)閂A1的電壓輸入至節(jié)點(diǎn)N21，從VA2變?yōu)閂DA(-)的電壓輸入至節(jié)點(diǎn)N22。
下面參照圖10說明圖9的減法放大電路14a的工作情況。這里，設(shè)接地電位為VG。
首先，使開關(guān)SW11、SW12、SW14及SW15閉合。這時，也使開關(guān)SW13閉合。而且，將電壓2Vi(+)輸入至節(jié)點(diǎn)N11，將設(shè)定電壓VA2輸入至節(jié)點(diǎn)N12，將電壓2Vi(-)輸入至節(jié)點(diǎn)N21，將設(shè)定電壓VA2輸入至節(jié)點(diǎn)N22。這樣，節(jié)點(diǎn)NO1及NO2為接地電位VG。
接著，使開關(guān)SW11、SW12、SW14及SW15斷開。這時，也使開關(guān)SW14斷開。而且，將設(shè)定電壓VA1輸入至節(jié)點(diǎn)N11，將電壓VDA(+)輸入至節(jié)點(diǎn)N12，將設(shè)定電壓VA1輸入至節(jié)點(diǎn)N21，將電壓VDA(-)輸入至節(jié)點(diǎn)N22。這樣，節(jié)點(diǎn)NO1及NO2的電壓分別為Vo(+)及Vo(-)。
根據(jù)電荷守恒定律，求出節(jié)點(diǎn)NO1及NO2的電壓Vo(+)及Vo(-)，如下式所示。
Vo(+)＝VG+2Vi(+)·2-VDA(+)·4+VA1·2-VA2·4Vo(-)＝VG+2Vi(-)·2-VDA(-)·4+VA1·2-VA2·4因而，差分電壓ΔVo如下式所示。
ΔVo＝Vo(+)-Vo(-)＝[Vo(+)-Vi(-)]·4-[VDA(+)-VDA(-)]·4＝(ΔVi-ΔVDA)·4這樣，在圖9的減法放大電路14a中，對同1級的運(yùn)算放大電路11提供的差分電壓2ΔVi與同1級的D/A轉(zhuǎn)換器10提供的差分電壓ΔVDA的2倍進(jìn)行減法運(yùn)算及增益2的放大。即計算差分電壓ΔVi的4倍與差分電壓ΔVDA的4倍之差分。
在這種情況下，能夠?qū)υO(shè)定電壓VA1及VA2進(jìn)行任意設(shè)定。因而，可以采用前級運(yùn)算放大電路11的輸出均衡(等電位)時的電壓作為設(shè)定電壓VA1。另外，可以采用外部電壓作為設(shè)定電壓VA2。
這樣，由于可以不通過開關(guān)將模擬輸入信號即電壓2Vi(+)及2Vi(-)輸入至節(jié)點(diǎn)N11及N21，因此能夠減少噪聲，同時能夠?qū)崿F(xiàn)低電壓工作。因而，能夠?qū)崿F(xiàn)?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路1a的低電壓及高精度。
圖11所示為圖8的模—數(shù)轉(zhuǎn)換電路1a采用圖9的減法放大電路14a時的D/A轉(zhuǎn)換器10及減法放大電路14a的具體構(gòu)成電路圖。圖12所示為第1級的子A/D轉(zhuǎn)換器10的一部分、第1級的減法放大電路14a及第2級的運(yùn)算放大電路11的構(gòu)成電路圖。另外，圖12所示的為n＝16的情況。
在圖11中，D/A轉(zhuǎn)換器10的節(jié)點(diǎn)N30通過開關(guān)S1～Sn分別與電容B1～Bn的輸入端連接。另外，該節(jié)點(diǎn)N30通過開關(guān)T1～Tn分別與電容C1～Cn的輸入端連接。設(shè)定電壓VA2輸入至節(jié)點(diǎn)N30，高電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRT輸入至節(jié)點(diǎn)N31，低電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRB輸入至節(jié)點(diǎn)N32。電容B1～Bn的輸出端與減法放大電路14a的節(jié)點(diǎn)Na連接，電容C1～Cn的輸出端與減法放大電路14a的節(jié)點(diǎn)Nb連接。
減法放大電路14a的節(jié)點(diǎn)Na通過電容30a與節(jié)點(diǎn)N11連接，而且通過開關(guān)SW11與接受規(guī)定電位Vag的節(jié)點(diǎn)連接。節(jié)點(diǎn)Nb通過電容30b與節(jié)點(diǎn)N21連接，而且通過開關(guān)SW12與接受電位Vag的節(jié)點(diǎn)連接。電壓2Vi(+)輸入至節(jié)點(diǎn)N11，電壓2Vi(-)輸入至節(jié)點(diǎn)N21。另外，節(jié)點(diǎn)NO1通過開關(guān)SW14與接受電位Vag的節(jié)點(diǎn)連接，而且通過電容CL1接地(參照圖12)。節(jié)點(diǎn)NO2通過開關(guān)SW15與接受電位Vag的節(jié)點(diǎn)連接，而且通過電容CL2接地(參照圖12)。
另外，提供給開關(guān)SW11及SW12的電位Vag與提供給開關(guān)SW14及SW15的電位Vag也可以不一樣。
電容20a及20b的電容值分別為C，電容30a及30b的電容值為2C。另外，電容B1～Bn及C1～Cn的電容值分別為4C/n。例如，在n＝16的情況下，電容V1～Bn及C1～Cn的電容值分別為C/4。
節(jié)點(diǎn)NO1及NO2輸出的電壓Vo(+)及Vo(-)提供給第2級的子A/D轉(zhuǎn)換器9。
如圖12所示，在運(yùn)算放大電路11的節(jié)點(diǎn)Nc與節(jié)點(diǎn)NO11之間連接電容220a。另外，在節(jié)點(diǎn)Nd與節(jié)點(diǎn)NO21之間連接電容220b。節(jié)點(diǎn)Nc通過電容230a與節(jié)點(diǎn)NO1連接，而且通過開關(guān)SW21與接受電位Vag的節(jié)點(diǎn)連接。節(jié)點(diǎn)Nd通過電容230b與節(jié)點(diǎn)NO2連接，而且通過開關(guān)SW22與接受電位Vag的節(jié)點(diǎn)連接。節(jié)點(diǎn)NO11通過開關(guān)SW23與接受電位Vag的節(jié)點(diǎn)連接，而且通過電容CL3接地。節(jié)點(diǎn)NO21通過開關(guān)SW24與接受電位Vag的節(jié)點(diǎn)連接，而且通過電容CL4接地。
電容220a及220b的電容值分別為C，電容230a及230b的電容值分別為2C。這樣，從節(jié)點(diǎn)NO11輸出放大了2倍的電壓Vout(+)，從節(jié)點(diǎn)NO21輸出放大了的電壓Vout(-)。
另外，開關(guān)S1～Sn、G1～Gn、E1～En、F1～Fn、H1～Hn、T1～Tn、SW11、SW12、SW13、SW14、SW15、SW21、SW22、SW23及SW24是由CMOS電路構(gòu)成的模擬開關(guān)。
下面說明圖11及圖12的D/A轉(zhuǎn)換器10及減法放大電路14a的工作情況。
首先，使開關(guān)SW11、SW12、SW14及SW15閉合。這時，也使開關(guān)SW13閉合。而且，使開關(guān)S1～Sn及T1～Tn閉合。這樣，設(shè)定電壓VA2輸入至電容B1～Bn及C1～Cn的輸入端。另外，電壓2Vi(+)輸入至節(jié)點(diǎn)N11，電壓2Vi(-)輸入至節(jié)點(diǎn)N21。這樣，節(jié)點(diǎn)NO1及NO2為接地電位。
接著，使開關(guān)SW11、SW12、SW14及SW15斷開。這時，也使開關(guān)SW13斷開。而且，使開關(guān)S1～Sn及T1～Tn斷開。各開關(guān)E1～En、F1～Fn、G1～Gn及H1～Hn分別根據(jù)圖3的各比較器D1～Dn的輸出電平閉合或斷開，分別將電壓加在電容B1～Bn及C1～Cn的輸入端。
這時，輸入至節(jié)點(diǎn)N11及N21的電壓2Vi(+)及2Vi(-)均衡，如圖10所示，都為相等的電壓VA1。這樣，節(jié)點(diǎn)NO1與NO2之間的差分電壓ΔVo如用圖10說明的那樣，用下式表示。
ΔVo＝Vo(+)-Vo(-)＝(ΔVi-ΔVDA)·4這樣，由于可以采用前級的運(yùn)算放大電路11的輸出作為輸入至節(jié)點(diǎn)N11及N21的設(shè)定電壓VA1，因此能夠不用開關(guān)將電壓2Vi(+)及設(shè)定電壓VA1輸入至節(jié)點(diǎn)N11，而且能夠不用開關(guān)不用開關(guān)將電壓2Vi(-)及設(shè)定電壓VA1輸入至節(jié)點(diǎn)N21。
另外，可以采用任意的電壓用為輸入至節(jié)點(diǎn)N30的設(shè)定電壓VA2。例如，也可以采用高電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRT或低電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRB作為設(shè)定電壓VA2。
另外，也以將這些設(shè)定電壓VA1及VA2設(shè)事實上在電源電壓或接地電壓的附近。這樣，即使使用CMOS開關(guān)，也能夠?qū)崿F(xiàn)低電壓工作。
由于這些結(jié)果，能夠?qū)崿F(xiàn)減少開關(guān)噪聲、可低電壓工作的高精度模—數(shù)轉(zhuǎn)換電路。
如上所述，在本實施形態(tài)的模—數(shù)轉(zhuǎn)換電路中，利用各級電路3～5內(nèi)的運(yùn)算放大電路11，模擬信號被放大2倍，在減法放大電路14a中，運(yùn)算放大電路11的輸出電壓衩放大2倍，而且D/A轉(zhuǎn)換器10的輸出電壓被放大4倍，再計算放大的運(yùn)算放大電路11的輸出電壓與放大的D/A轉(zhuǎn)換器10的輸出電壓之差分。這里，運(yùn)算放大電路11的輸出電壓范圍的2倍與D/A轉(zhuǎn)換器10的輸出電壓范圍的4倍成為相同的輸出電壓范圍。因而，能夠不使各級電路3～5的電路構(gòu)成復(fù)雜化，而且不增大電路規(guī)模，減法放大電路14a能夠計算相同輸出電壓范圍的模擬信號的差分。
這樣，由于能夠分別獨(dú)立設(shè)定運(yùn)算放大電路11的輸出電壓放大倍數(shù)及D/A轉(zhuǎn)換器10的輸出電壓放大倍數(shù)，因此能夠任意設(shè)定運(yùn)算放大電路11及13的增益。這樣，各級電路3～5的設(shè)計自由度增大。因而，能夠考慮到功砂及電路占有面積，分別以適當(dāng)?shù)碾妷悍秶O(shè)計備級電路3～5的構(gòu)成要素即子A/D轉(zhuǎn)換器9、D/A轉(zhuǎn)換器10、運(yùn)算放大電路11有為減法放大電路14a。
另外，也可以將第2實施形態(tài)的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路1a中的減法放大電路14a與第1實施形態(tài)的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路1組合使用。
在這種情況下，設(shè)定子A/D轉(zhuǎn)換器9及D/A轉(zhuǎn)換器10的基準(zhǔn)電壓范圍比及D/A轉(zhuǎn)換器10和減法放大電路14a中的電容30a及30b與電容B1～Bn和C1～Cn的容量比，使得運(yùn)算放大電路11的輸出電壓范圍與D/A轉(zhuǎn)換器10的輸出電壓范圍相等。
圖13為說明圖8的模—數(shù)轉(zhuǎn)換電路1a中的單端輸入用減法放大電路14a的工作原理用的電路圖，圖14為說明圖13的減法放大電路的工作用的說明圖。
在圖13中，運(yùn)算放大器100的反相輸入端與節(jié)點(diǎn)NB連接，同相輸入端接地。另外，運(yùn)算放大器100的輸出端與節(jié)點(diǎn)NO連接，同時通過電容20與反相輸入端連接。在運(yùn)算放大器100的反相輸入端與同相輸入端之間連接開關(guān)SW11。節(jié)點(diǎn)NB通過電容30與節(jié)點(diǎn)N11連接，而且通過電容40與節(jié)點(diǎn)N12連接。節(jié)點(diǎn)NO通過開關(guān)SW15接地。
從2Vi變?yōu)閂A1的電壓輸入至節(jié)點(diǎn)N11，從VA2變?yōu)閂DA的電壓輸入至節(jié)點(diǎn)N12。VA1及VA2為任意的設(shè)定電壓，從節(jié)點(diǎn)NO輸出電壓Vo。
下面參照圖14說明圖13的減法放大電路的工作情況。這里，設(shè)電容20的電容值為C，電容30的電容值為2C，電容40的電容值為4C。另外，設(shè)接地電位為VG。
首先，使開關(guān)SW11及SW15閉合。而且，將電壓2Vi輸入至節(jié)點(diǎn)N11，將設(shè)定電壓VA2輸入至節(jié)點(diǎn)N12。節(jié)點(diǎn)NO為接地電位VG。這時，節(jié)點(diǎn)NB的電荷Qa用下式表示。
Qa＝2C(VG-2Vi)+4C(VG-VA2)接著，使開關(guān)SW11及SW15斷開，而且，將設(shè)定電壓VA1輸入至節(jié)點(diǎn)N11，將電壓VDA輸入至節(jié)點(diǎn)N12。節(jié)點(diǎn)NO的電壓為Vo。這時，節(jié)點(diǎn)NB的電荷Qb用下式表示。
Qb＝2C(VG-VA1)+$C(VG-VDA)+C(VG-Vo)在節(jié)點(diǎn)NB由于沒有電荷泄放在的路徑，因此根據(jù)電荷守恒定律。Qa＝Qb，則下式成立。
2C(VG-2Vi)+4C(VG-VA2)＝2C(VG-VA1)+4C(VG-VDA)+C(VG-Vo)根據(jù)上式，節(jié)點(diǎn)NO的電壓Vo如下式所示。
Vo＝VG+4(Vi-VDA)+4 VA2-2VA1
＝4(Vi-VDA)+OF式中，OF為偏置電壓。在這種情況下，必須在與下級之間設(shè)置去掉偏置電壓OF的裝置。
這樣，在圖13的減法放大電路14a中，對同1級的運(yùn)算放大電路11提供的電壓2Vi與同1級的D/A轉(zhuǎn)換器10提供的電壓VDA的2倍進(jìn)行減法運(yùn)算及增益2的放大。即計算電壓Vi的4倍與電壓VDA的4倍之差分。
在這種情況下，能夠?qū)υO(shè)定電壓VA1進(jìn)行任意設(shè)定。因而，可以采用前級運(yùn)算放大電路11輸出的一定電壓作為設(shè)定電壓VA1。另外，可以采用外部電壓作為設(shè)定電壓VA2。
這樣，由于可以不通過開關(guān)將模擬輸入信號即電壓2Vi輸入至節(jié)點(diǎn)N11，因此能夠減少噪聲，同時能夠?qū)崿F(xiàn)低電壓工作。因而，能夠?qū)崿F(xiàn)?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路1a的低電壓及高精度。
圖15所示為圖8的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路1a采用圖13的減法放大電路14a時的D/A轉(zhuǎn)換器10及減法放大電路14a的具體構(gòu)成電路圖。
在圖15中，D/A轉(zhuǎn)換器10的節(jié)點(diǎn)N30通過開關(guān)S1～Sn分別與電容B1～Bn的輸入端連接。另外，設(shè)定電壓VA2輸入至節(jié)點(diǎn)N30，高電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRT輸入至節(jié)點(diǎn)N31，低電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRB輸入至節(jié)點(diǎn)N32。電容B1～Bn的輸出端與減法放大電路14a的節(jié)點(diǎn)Na連接。
減法放大電路14a的節(jié)點(diǎn)Na通過電容30與節(jié)點(diǎn)N11連接，而且通過開關(guān)SW11與接受規(guī)定電位Vag的節(jié)點(diǎn)連接。電壓2Vi輸入至節(jié)點(diǎn)N11。另外，節(jié)點(diǎn)NO通過開關(guān)SW15與接受電位Vag的節(jié)點(diǎn)連接。
電容20的電容值為C，電容30的電容值為2C。另外，電容B1～Bn的電容值分別為4C/n。例如，在n＝16的情況下，電容B1～Bn的電容值為C/4。
節(jié)點(diǎn)NO輸出的電壓Vo提供給第2級的子A/D轉(zhuǎn)換器9。
下面說明圖15的D/A轉(zhuǎn)換器10及減法放大電路14a的工作情況。
首先，使開關(guān)SW11及SW15閉合。而且，使開關(guān)S1～Sn閉合。這樣，設(shè)定電壓VA2輸入至電容B1～Bn的輸入端。另外，電壓2Vi輸入至節(jié)點(diǎn)N11。這樣，節(jié)點(diǎn)NO為接地電位。
接著，使開關(guān)SW11及SW15斷開。而且，使開關(guān)S1～Sn斷開。各開關(guān)E1～En及G1～Gn分別根據(jù)圖3的各比較器D1～Dn的輸出電平閉合或斷開，分別將電壓加在電容B1～Bn的輸入端。
這時，輸入至節(jié)點(diǎn)N11的電壓如圖14所示，設(shè)定為VA2。這樣，節(jié)點(diǎn)NO的電壓Vo如用圖14說明的那樣，用下式表示。
Vo＝VG+4(Vi-VDA)+4VA2-2VA1這樣，由于可以采用前級的運(yùn)算放大電路11的輸出作為輸入至節(jié)點(diǎn)N11的設(shè)定電壓VA1，因此能夠不用開關(guān)將電壓2Vi及設(shè)定電壓VA1輸入至節(jié)點(diǎn)N11。
另外，可以采用任意的電壓作為輸入至節(jié)點(diǎn)N30的設(shè)定電壓VA2。例如，也可以采用高電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRT或低電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRB作為設(shè)定電壓VA2。
另外，可以將這些設(shè)定電壓VA1及VA2設(shè)定在電源電壓或接地電壓的附近。這樣，即使使用CMOS開關(guān)，也能夠?qū)崿F(xiàn)低電壓工作。
由于這些結(jié)果，能夠?qū)崿F(xiàn)減少開關(guān)噪聲、可低電壓工作的高精度?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路。
如上所述，在單端輸入用的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路中，也利用各級電路3～5內(nèi)的運(yùn)算放大電路11，模擬信號被放大2倍，在減法放大電路14a中，運(yùn)算放大電路11的輸出電壓被放大2倍，而且D/A轉(zhuǎn)換器10的輸出電壓被放大4倍，再計算放大的運(yùn)算放大電路11的輸出電壓與放大的D/A轉(zhuǎn)換器10的輸出電壓之差分。這里，運(yùn)算放大電路11的輸出電壓范圍的2倍與D/A轉(zhuǎn)換器10的輸出電壓范圍的4倍成為相同的輸出電壓范圍。因而，能夠不使各級電路3～5的電路構(gòu)成復(fù)雜化，而且不增大電路規(guī)模，減法放大電路14a能夠計算相同輸出電壓范圍的模擬信號的差分。
這樣，由于能夠分別獨(dú)立設(shè)定運(yùn)算放大電路11的輸出電壓放大倍數(shù)及D/A轉(zhuǎn)換器10的輸出電壓放大倍數(shù)，因此能夠任意設(shè)定運(yùn)算放大電路11及13的增益。這樣，各級電路3～5的設(shè)計自由度增大。因而，能夠考慮到功砂及電路占有面積，分別以適當(dāng)?shù)碾妷悍秶O(shè)計各級電路3～5的構(gòu)成要素即子A/D轉(zhuǎn)換器9、D/A轉(zhuǎn)換器10、運(yùn)算放大電路11及減法放大電路14a。
(3)第3實施形態(tài)圖16所示為本發(fā)明第3實施形態(tài)的流水線型?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路的構(gòu)成方框圖。圖16的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路具有10位4級流水線結(jié)構(gòu)。
在圖16中，模—數(shù)轉(zhuǎn)換電路1由采樣保持電路2、第1級～第4級電路3～6、多個鎖存電路7及輸出電路8構(gòu)成。
第1級(初始級)電路3包含具有可切換滿量程范圍的子A/D轉(zhuǎn)換器9a、D/A轉(zhuǎn)換器10、具有可切換增益的運(yùn)算放大電路11a、減法電路12及運(yùn)算放大電路13。減法電路12及運(yùn)算放大電路13構(gòu)成減法放大電路14。第2級及第3級電路4及5具有子A/D轉(zhuǎn)換器9、D/A轉(zhuǎn)換器10、運(yùn)算放大電路11、減法電路12及運(yùn)算放大電路13。減法電路12及運(yùn)算放大電路13構(gòu)成減法放大電路14。第4級(最后級)電路6僅具有子A/D轉(zhuǎn)換器9。
圖16的流水線型?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路1與圖35的以往的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路100的不同點(diǎn)在于，在第1級電路3采用具有可切換滿量程范圍的子A/D轉(zhuǎn)換器9a及具有可切換增益的運(yùn)算放大電路11a。
這里，第1級電路3內(nèi)的子A/D轉(zhuǎn)換器9a的滿量程范圍在模擬輸入信號的電壓范圍為VINP-P時，切換與其相等的電壓范圍VINP-P，在模擬輸入信號的電壓范圍為VINP-P/2時，切換為與其相等的電壓范圍VINP-P/2。另外，第1級電路3內(nèi)的運(yùn)算放大電路11a的增益在模擬輸入信號的電壓范圍為VINP-P時，切換為1倍，在模擬輸入信號的電壓范圍為VINP-P/2時，切換為2倍。
第1級～第3級電路3～5內(nèi)的D/A轉(zhuǎn)換器10的滿量程范圍是固定的，第2級～第4級電路4～6內(nèi)的子A/D轉(zhuǎn)換器9的滿量程范圍是固定的。另外，第1級電路3內(nèi)的運(yùn)算放大電路13和第2級及第3級電路4及5內(nèi)的運(yùn)算放大電路11及13的增益為2。
第1級電路3為4位結(jié)構(gòu)，第2～4級電路4～6分別為2位結(jié)構(gòu)。在第1～3級電路3～5中，子A/D轉(zhuǎn)換器9、9a及D/A轉(zhuǎn)換器10的位數(shù)(位結(jié)構(gòu))設(shè)定為相同。
在模擬輸入信號的電壓范圍為VINP-P時，圖16的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路1的工作及各部分電壓范圍與圖35的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路100相同。
這里說明的模擬輸入信號的電壓范圍為VINP-P/2時圖16的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路1的工作各部分的輸出電壓。
采用保持電路2對模擬輸入信號Vin進(jìn)行采樣，保持一定時間。從采樣保持電路2輸出的模擬輸入信號Vin傳送給第1級電路3。
在第1級電路3中，子A/D轉(zhuǎn)換器9a對電壓范圍VINP-P/2的模擬輸入信號Vin進(jìn)行模—數(shù)轉(zhuǎn)換。這時的子A/D轉(zhuǎn)換器9a的滿量程范圍，如上所述，切換為VINP-P/2。
子A/D轉(zhuǎn)換器9a的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果即高4位數(shù)字輸出(29、28、27、26)傳送給D/A轉(zhuǎn)換器10，同時通過4個鎖存電路7傳送給輸出電路8。D/A轉(zhuǎn)換器10將子A/D轉(zhuǎn)換器9a的A/D轉(zhuǎn)換器結(jié)果即高4位的數(shù)字輸出轉(zhuǎn)換為模擬信號。
由于D/A轉(zhuǎn)換器10的滿量程范圍固定為VINP-P，因此D/A轉(zhuǎn)換器10的額定輸出電壓范圍用下式表示。
(第1級分辨率-1)×(D/A轉(zhuǎn)換器10的滿量程范圍)/(第1級分辨率)＝(24-1)×(VINP-P)/24＝15 VINP-P/16另外，運(yùn)算放大電路11a對模擬輸入信號Vin進(jìn)行采樣，然后進(jìn)行放大及保持。如上所述，在模擬輸入信號的電壓范圍為VINP-P/2時，增益切換為2倍，因此運(yùn)算放大電路11a的輸出電壓范圍用下式表示。
(模擬輸入信號Vin的電壓范圍)×(運(yùn)算放大電路11a的增益)＝(VINP-P/2)×2＝VINP-P減法放大電路14將運(yùn)算放大電路11a輸出的模擬輸入信號Vin與D/A轉(zhuǎn)換器10的D/A轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行減法計算并放大。減法放大電路14的輸出傳送給第2級電路4。
第1級減法放大電路14的輸出電壓范圍用下式表示。
((運(yùn)算放大電路11a的輸出電壓范圍)-(D/A轉(zhuǎn)換器10的額定輸出電壓范圍))×(減法放大電路14的增益)((VINP-P)-(15 VINP-P/16))×2＝VINP-P/8在第2級電路4中，子A/D轉(zhuǎn)換器9對第1級電路3的減法放大電路14的輸出進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。子A/D轉(zhuǎn)換器9的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果傳送給D/A轉(zhuǎn)換器10，同時通過3個鎖存電路7傳送給輸出電路8。這樣，從第2級電路4得到中高2位的數(shù)字輸出(25、24)。
另外，運(yùn)算放大電路11將第1級電路3的減法放大電路14的輸出進(jìn)行放大。減法放大電路14將運(yùn)算放大電路11的輸出與D/A轉(zhuǎn)換器10的D/A轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行減法運(yùn)算并放大。減法放大電路14的輸出傳送給第3級電路5。
在第3級電路5中，對于第2級電路4的減法放大電路14的輸出進(jìn)行與第2級電路4同樣的處理。這樣，從第3級電路5得到中低2位數(shù)字輸出(23、22)。
在第4級電路6中，對第3級電路5的減法放大電路14的輸出，子A/D轉(zhuǎn)換器9進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，得到低2位的數(shù)字輸出(21、20)。
第1～4級電路3～6的數(shù)字輸出經(jīng)過各鎖存電路7，同時到達(dá)輸出電路8。即為了取得各電路3～6的數(shù)字輸出的同步，設(shè)置各鎖存電路7。
輸出電路8在需要模擬輸入信號Vin的10位數(shù)字輸出Dout時，對數(shù)字校正處理后并行輸出。
如上所述在模擬輸入信號的電壓范圍為VINP-P/2時，通過第1級電路3的運(yùn)算放大電路11a的增益及第1級電路3的子A/D轉(zhuǎn)換器9a的滿量程范圍的切換，由第1級電路3的減法放大電路14提供給第2級電路5的輸出信號電壓范圍，與模擬輸入信號的電壓范圍為VINP-P時相同，為VINP-P/8。這樣，盡管模擬輸入信號Vin的電壓范圍變?yōu)橐话?，但得到的?shù)字輸出與模擬輸入信號的電壓范圍變?yōu)橐话胍郧暗南嗤?br> 因而，能夠提供不進(jìn)行電路設(shè)計改變而可適應(yīng)模擬輸入信號的電壓范圍變化的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路。
根據(jù)本實施形態(tài)，能夠不改變電路結(jié)構(gòu)，而將差動雙端輸入方式的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路改變?yōu)閱味溯斎敕绞降哪！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路。
圖17(a)及(b)為將圖16的模—數(shù)轉(zhuǎn)換電路1分別切換為差動雙端輸入方式及單端輸入方式時的設(shè)定圖。
如圖17(a)所示，在差動雙端輸入時，將運(yùn)算放大電路11a的增益切換為1倍，將子A/D轉(zhuǎn)換器9a的滿量程范圍切換為2 VINP-P。在本例中，差動雙端輸入的模擬輸入信號Vin的正模擬輸入電壓Vin(+)在1.0V至2.0V的范圍變化，負(fù)模擬輸入電壓Vin(-)在2.0V至1.0V的范圍變化。模擬輸入信號Vin的電壓范圍用下式表示。
2 VINP-P＝[Vin(+)-Vin(-)]的最大值-[Vin(+)-Vin(-)]的最小值＝2.0[V]在這種情況下，子A/D轉(zhuǎn)換器9a的正基準(zhǔn)電壓Vref(+)在1.0V至2.0V的范圍變化，負(fù)基準(zhǔn)電壓Vref(-)在2.0V至1.0V的范圍變化。
如圖17(b)所示，在單端輸入時，將運(yùn)算放大電路11a的增益切換為2倍，將子A/D轉(zhuǎn)換器9a的滿量程范圍切換為VINP-P。在本例中，單獨(dú)輸入的模擬輸入信號Vin的正模擬輸入電壓Vin(+)在1.0V至2.0V的范圍變化，負(fù)模擬輸入電壓Vin(-)為恒定的1.5V。模擬輸入信號Vin的電壓用下式表示。
VINP-P＝[Vin(+)-Vin(-)]的最大值一[Vin(+)-Vin(-)]的最小值＝1.0[V]
在這種情況下，子A/D轉(zhuǎn)換器9a的正基準(zhǔn)電壓Vref(+)在1.0V至2.0V的范圍變化，負(fù)基準(zhǔn)電壓Vref(-)為恒定的1.5V。
這樣，在圖16的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路1中，即使由于將差動雙端輸入方式變?yōu)閱味溯斎敕绞?，模擬輸入信號的電壓范圍成為1/2，也不需要對電路構(gòu)成進(jìn)行再設(shè)計。
另外，在將單端輸入的模擬輸入信號的電壓范圍變?yōu)?/2，以及將差動雙端輸入的模擬輸入信號的電壓范圍變?yōu)?/2，也不需要對電路構(gòu)成進(jìn)行再設(shè)計。
這樣，在同一LSI(大規(guī)模集成電路)中，能夠通過編程改變模擬輸入信號、運(yùn)算放大電路的輸出、D/A轉(zhuǎn)換電路的輸出及減法放大電路的輸出的電壓范圍。結(jié)果，能夠力圖縮短開發(fā)周期，同時還能夠?qū)崿F(xiàn)低功耗。
(4)第4實施形態(tài)圖18所示為本發(fā)明第4實施形態(tài)的流水線型?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路的構(gòu)成方框圖。圖18的模—數(shù)轉(zhuǎn)換電路也具有10位4級流水線結(jié)構(gòu)。
在圖18中，?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路1由采樣保持電路2、第1級—第4級電路3～6、多個鎖存電路7及輸出電路8構(gòu)成。
第1級電路3為4位結(jié)構(gòu)，第2～4級電路4～6分別為2位結(jié)構(gòu)。在第1～3級電路3～5中，子A/D轉(zhuǎn)換器9及9b和D/A轉(zhuǎn)換器10及10b的位數(shù)(位結(jié)構(gòu))設(shè)定為相同。
第1級(初始級)電路3具有子A/D轉(zhuǎn)換器9、D/A轉(zhuǎn)換器10、運(yùn)算放大電路11、減法電路12及具有可切換增益的運(yùn)算放大電路13a。減法電路12及運(yùn)算放大電路13a構(gòu)成減法放大電路14a。
第2級及第3級電路4及5包含具有可切換滿量程范圍的子A/D轉(zhuǎn)換器9b、具有可切換滿量程范圍的D/A轉(zhuǎn)換器10b、運(yùn)算放大電路11、減法電路12及運(yùn)算放大電路13。減法電路12及運(yùn)算放大電路13構(gòu)成減法放大電路14。第4級(最后級)電路6僅包含具有可切換滿量程范圍的子A/D轉(zhuǎn)換器9b。
這里，設(shè)第2級～第4級的子A/D轉(zhuǎn)換器9b具有圖35的第2級～第4級的子A/D轉(zhuǎn)換器9的2倍精度。下面說明在第2級～第4級采用具有2倍精度的子A/D轉(zhuǎn)換器9b時的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路1的再設(shè)計。
第1級電路3內(nèi)的減法放大電路4a的增益可切換為1倍或2倍。另外，第2級～第4級電路4～6內(nèi)的子A/D轉(zhuǎn)換器9b的滿星程范圍可切換為VINP-P/8或VINP-P/16。再有，第2級及第3級電路4及5內(nèi)的D/A轉(zhuǎn)換器10b的滿量程范圍可切換為VINP-P/4及VIMP-P/8。
這里，將第1級電路3內(nèi)的減法放大電路14a的增益切換為1倍。另外，將第2級～第4級電路4～6內(nèi)的子A/D轉(zhuǎn)換器9b的滿量程范圍切換為VINP-P/16，將第2級及第3級電路4及5內(nèi)的D/A轉(zhuǎn)換器10b的滿量程范圍切換為VINP-P/8。
第1級電路3內(nèi)的子A/D轉(zhuǎn)換器9的滿量程范圍為VINP-P。另外，第2級及第3級電路3及4內(nèi)的運(yùn)算放大電路11及13的增益為2。
這里說明模擬輸入信號的電壓范圍為VINP-P時圖16的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路1的工作及各部分的輸出電壓范圍。
采用保持電路2對模擬輸入信號Vin進(jìn)行采樣，保持一定時間。從采樣保持電路2輸出的模擬輸入信號Vin傳送給第1級電路3。
在第1級電路3中，子A/D轉(zhuǎn)換器9對電壓范圍VINP-P的模擬輸入信號Vin進(jìn)行?！獢?shù)轉(zhuǎn)換。這時的子A/D轉(zhuǎn)換器9的滿量程范圍為VINP-P。
子A/D轉(zhuǎn)換器9的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果即高4位的數(shù)字輸出(29、28、27、26)傳送給D/A轉(zhuǎn)換器10，同時通過4個鎖存電路7傳送給輸出電路8。D/A轉(zhuǎn)換器10將子A/D轉(zhuǎn)換器90的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果即高4位的數(shù)字輸出轉(zhuǎn)換為模擬信號。
由于D/A轉(zhuǎn)換器10的滿量程范圍是固定的，因此D/A轉(zhuǎn)換器10的額定輸出電壓范圍用下式表示。
(第1級分辨率-1)×(D/A轉(zhuǎn)換器10的滿量程范圍)/(第1級的分辨率)＝(24-1)×(VINP-P)/24＝15 VINP-P/16另外，運(yùn)算放大電路11對模擬輸入信號Vin進(jìn)行采樣，然后進(jìn)行放大及保持。由于運(yùn)算放大電路11的增益為1倍，因此運(yùn)算放大電路11的輸出電壓范圍用下式表示。
(模擬輸入信號Vin的電壓范圍)×(運(yùn)算放大電路11的增益)＝VINP-P×1＝VINP-P減法放大電路14a將運(yùn)算放大電路11輸出的模擬輸入信號Vin與D/A轉(zhuǎn)換器10的D/A轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行減法計算并放大。減法放大電路14a的輸出傳送給第2級電路4。
由于第1級減法放大電路14a的增益切換為1，因此第1級減法放大電路14a的輸出電壓范圍用下式表示。
((運(yùn)算放大電路11的輸出電壓范圍)-(D/A轉(zhuǎn)換器10的額定輸出電壓范圍))×(減法放大電路14a的增益)＝((VINP-P)-(15 VINP-P/16))×1＝VINP-P/16在第2級電路4中，子A/D轉(zhuǎn)換器9b對第1級電路3的減法放大電路14a的輸出進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。子A/D轉(zhuǎn)換器9b的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果傳送給D/A轉(zhuǎn)換器10b，同時通過3個鎖存電路7傳送給輸出電路8。
在這種情況下，由于子A/D轉(zhuǎn)換器9b具有圖35的子A/D轉(zhuǎn)換器9的2倍精度，因此以圖35的子A/D轉(zhuǎn)換器9的一半的滿量程范圍VINP-P/16從第2級電路4得到中高2位的數(shù)字輸出(25/24)。
D/A轉(zhuǎn)換器10b將子A/D轉(zhuǎn)換器9b的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果即中高2位的數(shù)字輸出轉(zhuǎn)換為模擬信號。
由于D/A轉(zhuǎn)換器10的滿量程范圍切換為圖35的D/A轉(zhuǎn)換器10的一半的VINP-P/8，因此D/A轉(zhuǎn)換器10b的額定輸出電壓范圍用下式表示。
(第2級分辨率-1)×(D/A轉(zhuǎn)換器10b的滿量程范圍)/(第2級分辨率)＝(22-1)×(VINP-P/8)/22＝3 VINP-P/32另外，運(yùn)算放大電路11將第1級電路3的減法放大電路14a的輸出進(jìn)行放大。如上所述，由于第1級電路3的減法放大電路14a的增益切換為1，因此運(yùn)算放大電路11的輸出電壓增益用下式表示。
(第1級減法放大電路14a的輸出電壓范圍)×(運(yùn)算放大電路11的增益)＝(VINP-P/16)×2＝VINP-P/8減法放大電路14將運(yùn)算放大電路11的輸出與D/A轉(zhuǎn)換器10b的D/A轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行減法計算放大。減法放大電路14的輸出傳送給第3級電路5。
第2級減法放大電路14的輸出電壓范圍用下式表示。
((運(yùn)算放大電路11的輸出電壓范圍)-(D/A轉(zhuǎn)換器10b的額定輸出電壓范圍))×(減法放大電路14的增益)＝((VINP-P/8)-(2 VINP-P/32))×2＝VINP-P/16
在第3級電路5中，對第2級電路4的減法放大電路14的輸出進(jìn)行與第2級電路4相同的處理。在這種情況下，由于子A/D轉(zhuǎn)換器9b具有圖35的子A/D轉(zhuǎn)換器9的2倍精度，因此以圖35的子A/D轉(zhuǎn)換器9的一半的滿量程范圍VINP-P/16從第3級電路5得到中低2位數(shù)字輸出(23、22)。各部分的輸出電壓范圍與第2級電路4相同。
在第4級電路6中，子A/D轉(zhuǎn)換器9b對第3級電路5的減法放大電路14的輸出進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。在這種情況下，由于子A/D轉(zhuǎn)換器9b具有圖35的子A/D轉(zhuǎn)換器9的2倍精度，因此以圖35的子A/D轉(zhuǎn)換器9的一半的滿量程范圍VIPP-P/16從第4級電路6得到低2位的數(shù)字輸出(21、20)。
第1級～第4級電路3～6的數(shù)字輸出經(jīng)過各鎖存電路7，同時到達(dá)輸出電路8。即為了取得各電路3～6的數(shù)字輸出的同步，設(shè)置各鎖存電路7。
輸出電路8在需要模擬輸入信號Vin的10位數(shù)字輸出Dout時，對數(shù)字校正處理后并行輸出。
如上所述，在圖18的模—數(shù)轉(zhuǎn)換電路1中，通過要用具有2倍精度的子A/D轉(zhuǎn)換器9b，盡管第2級以后的電路4～6的各部分電壓范圍為圖35的模—數(shù)轉(zhuǎn)換電路100的一半，但仍能夠得到與電壓范圍成為一半以前的相同數(shù)字輸出。
在這種情況下，通過對具有2倍精度的子A/D轉(zhuǎn)換器9b進(jìn)行最優(yōu)化處理，將電壓范圍設(shè)定為一半，則流過各級電路3～6的電流的交流分量將減少。這樣，能夠不改變電路設(shè)計，通過采用最佳的電壓范圍，提供能減少消耗電流的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路。
(5)各部分電路構(gòu)成圖19所示為圖16的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路1中的運(yùn)算放大電路11a的構(gòu)成第1例的電路圖。
圖19的運(yùn)算放大電路11a包含運(yùn)算放大器110、電容值切換電路111及112、電容113及114、以及開關(guān)115～122。開關(guān)115～122例如由MOS(金屬氧化物半導(dǎo)體)晶體管構(gòu)成。
在運(yùn)算放大器110的反相輸入端與反相輸出端之間連接電容值切換電路兒1作為反饋電容，在同相輸入端與同相輸出端之間連接電容值切換電路112作為反饋電容。另外，電容113與運(yùn)算放大器110的反相輸入端連接作為輸入電容，電容114與同相輸入端連接作為輸入電容。
正模擬輸入電壓Vin(+)及中間基準(zhǔn)電壓VRT1分別通過開關(guān)115及116，提供給電容113。另外，負(fù)模擬輸入電壓Vin(-)及中間基準(zhǔn)電壓VRT1分別通過開關(guān)117及118，提供給電容114。運(yùn)算放大器110的反相輸入端、反相輸出端、同相輸入端及同相輸出端分別通過開關(guān)119、120、121、及122接地。
這里，設(shè)電容113及114的電容值分別為CA，電容值切換電路111及112的電容值分別為CB，則運(yùn)算放大器110的反相輸出端的正模擬輸出電壓Vo(+)及同相輸出端的負(fù)模擬輸出電壓Vo(-)用下式表示。
Vo(+)＝(Vin(+)-VRT1)·(CA/CB)Vo(-)＝(Vin(-)-VRT1)·(CA/CB)ΔVo＝Vo(+)-Vo(-)＝(Vin(+)-Vin(-))·(CA/CB)因而，通過切換電容值切換電路111及112的電容值CB，能夠切換運(yùn)算放大電路11a的增益。
圖20所示為圖16的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路1中運(yùn)算放大電路11a的構(gòu)成第2例的電路圖。
圖20的運(yùn)算放大電路11a包含運(yùn)算放大器110、電容123及124、電容值切換電路125及126、以及開關(guān)115～122。
在運(yùn)算放大器110的反相輸入端與反相輸出端之間連接電容123作為反饋電容，在同相輸入端與同相輸出端之間連接電容124作為反饋電容。另外，電容值切換電路125與運(yùn)算放大器110的反相輸入端連接作為輸入電容，電容值切換電路126與同相輸入端連接作為輸入電容。
正模擬輸入電壓Vin(+)及中間基準(zhǔn)電壓VRT1分別通過開關(guān)115及116，提供給電容值切換電路125。另外，負(fù)模擬輸入電壓Vin(-)及中間基準(zhǔn)電壓VRT1分別通過開關(guān)117及118，提供給電容值切換電路126。運(yùn)算放大器110的反相輸入端、反相輸出端、同相輸入端及同相輸出端分別通過開關(guān)119、120、121及122接地。
這里，設(shè)電容值切換電路125及126的電容值分別為CC，電容123及124的電容值分別為CD，則運(yùn)算放大器110的反相輸出端的正模擬輸出電壓Vo(+)及同相輸出端的負(fù)模擬輸出電壓Vo(-)用下式表示。
Vo(+)＝(Vin(+)-VRT1)·(CC/CD)Vo(-)＝(Vin(-)-VRT1)·(CC/CD)
ΔVo＝Vo(+)-Vo(-)＝(Vin(+)-Vin(-))·(CC/CD)因而，通過切換電容值切換電路125及126的電容值CC，能夠切換運(yùn)算放大電路11a的增益。
圖21～圖26所示為運(yùn)算放大電路11a的具體電路構(gòu)成第1～第6例的電路圖。
在圖21～圖26中，設(shè)在電容Ca、Cb及Cc具有相等的電容值。另外，設(shè)m為任意的正整數(shù)。
在圖21的例中，在運(yùn)算放大器110的反相輸入端與反相輸出端之間，串聯(lián)連接了m個電容Ca的并聯(lián)電路與開關(guān)Sa，另外還連接了m個電容Ca的并聯(lián)電路。這里，m為任意的正整數(shù)。同樣，在運(yùn)算放大器110的同相輸入端與同相輸出端之間，串聯(lián)連接了m個電容Ca的并聯(lián)電路與開關(guān)Sa，另外連接了m個電容Ca的并聯(lián)電路。另外，2m個電容Cb與運(yùn)算放大器110的反相輸入端連接，2m個電容Cb與同相輸入端連接。
正模擬輸入電壓Vin(+)分別通過開關(guān)S1提供給反相輸入端一側(cè)的2m個電容Cb。另外，負(fù)模擬輸入電壓Vin(-)分別通過開關(guān)S1提供給同相輸入端一側(cè)的電容Cb。高電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRT分別通過開關(guān)S2提供給反相輸入端一側(cè)的m個電容Cb，低電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRB分別通過開關(guān)S2提供給反相輸入端一側(cè)的m個電容Cb及同相輸入端一側(cè)的m個電容Cb。
在本例中，輸入電容值為2mC。若命名開關(guān)Sa閉合，則反饋電容值為2mC；若使開關(guān)Sa斷開，則反饋電容值為mC。因而，差動雙端輸入時，通過將開關(guān)Sa切換為閉合，則增益為1倍；單端輸入時，通過將開關(guān)Sa切換為斷開，則增益為2倍。
在圖22的例中，在運(yùn)算放大器110的反相輸入端與反相輸出端之間，串聯(lián)連接了2m個電容Ca的并聯(lián)電路與2m個電容Cc的并聯(lián)電路，而且與電容Cc并聯(lián)連接開關(guān)Sa。同樣，在運(yùn)算放大器110的同相輸入端與同相輸出端之間，串聯(lián)連接了2m個電容Ca的并聯(lián)電路與2m個電容Cc的并聯(lián)電路，而且與電容Cc并聯(lián)連接開關(guān)Sa。圖22的運(yùn)算放大電路11a的其它部分構(gòu)成與圖21的運(yùn)算放大電路11a相同。
在本例中，輸入電容值為2mC。若使開關(guān)Sa閉合，則反饋電容值為2mC；若使開關(guān)Sa斷開，則反饋電容值為mC。因而，差動雙端輸入時，通過將開關(guān)Sa切換為閉合，則增益為1倍；單端輸入時，通過將開關(guān)Sa切換為斷開，則增益為2倍。
在圖24的例中，在運(yùn)算放大器110的反相輸入端與反相輸出端之間連接了m個電容Ca的并聯(lián)電路。同樣，在運(yùn)算放大器110的同相輸入端與同相輸出端之間連接了m個電容Ca的并聯(lián)電路。另外，2m個電容Cb與運(yùn)算放大器110的反相輸入端連接，2m個電容Cb與同相輸入端連接。
正模擬輸入電壓Vin(+)分別通過開關(guān)S1及S1a提供給反相輸入端一側(cè)的2m個電容Cb。另外，負(fù)模擬輸入電壓Vin(-)分別通過開關(guān)S1及S1a提供給同相輸入端一側(cè)的電容Cb。高電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRT分別通過開關(guān)S2及S2a提供給反相輸入端一側(cè)的m個電容Cb及同相輸入端一側(cè)的m個Cb，低電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRB分別通過開關(guān)S2及S2a提供給反相輸入端一側(cè)的m個電容Cb及同相輸入端一側(cè)的m個電容Cb。
在本例中，反饋電容值為mC。若命名開關(guān)S1a及S2a斷開，則輸入電容值為mC；若使開關(guān)S1a及S2a斷開，則輸入電容為mC。因而，差動雙端輸入時，通過始終使開關(guān)S1a及S2a斷開，則增益為1倍；單端輸入時，通過將開關(guān)S1a及S2a與開關(guān)S1及S2同樣進(jìn)行開關(guān)動作，則增益為2倍。
在圖25的例中，在運(yùn)算放大器110的反相輸入端與反相輸出端之間連接了m個電容Ca的并聯(lián)電路。同樣，在運(yùn)算放大器110的同相輸入端與同相輸出端之間連接了m個電容Ca的并聯(lián)電路。另外，2m個電容Cc的并聯(lián)電路與運(yùn)算放大器110的反相輸入端連接，2m個電容Cb與電容Cc的并聯(lián)電路連接，開關(guān)Sa與電容Cc并聯(lián)連接。另外，2m個電容Cc的并聯(lián)電路與同相輸入端連接，2m個電容Cb與電容Cc的并聯(lián)連接，開關(guān)Sa與電容Cc連接。圖25的運(yùn)算放大電路11a的其它部分構(gòu)成與圖21的運(yùn)算放大電路11a相同。
在本例中，反饋電容值為mC。若使開關(guān)Sa閉合，則輸入電容值為2mC；若使開關(guān)Sa斷開，則輸入電容值為mC。因而，差動雙端輸入時，通過使開關(guān)Sa斷開，則增益為1倍；單端輸入時，通過使開關(guān)Sa閉合，則增益為2倍。
在圖26的例中，在運(yùn)算放大器110的反相輸入端與反相輸出端之間連接了m個電容Ca的并聯(lián)電路。同樣，在運(yùn)算放大器110的同相輸入端與同相輸出端之間連接了m個電容Ca的并聯(lián)電路。另外，2m個電容Cc的并聯(lián)電路與運(yùn)算放大器110的反相輸入端連接，2m個電容Cb與電容Cc的并聯(lián)電路連接，開關(guān)Sa與電容Cb并聯(lián)連接。另外，2m個電容Cc的并聯(lián)電路與同相輸入端連接，2m個電容Cb與電容Cc的并聯(lián)電路連接，開關(guān)Sa與電容Cb并聯(lián)連接。圖26的運(yùn)算放11a的其它部分構(gòu)成與圖21的運(yùn)算放大電路11a的構(gòu)成相同。
在本例中，反饋電容值為mC。若使開關(guān)Sa閉合，則輸入電容值為2mC；若使開關(guān)Sa斷開，則輸入電容值為mC。因而，差動雙端輸入時，通過使開關(guān)Sa斷開，則增益為1倍，單端輸入時，通過使開關(guān)Sa閉合，則增益為2倍。
在圖21～圖26的運(yùn)算放大電路11a中，如上所述，開關(guān)Sa是利用MOS晶體管構(gòu)成。這樣，MOS晶體管的擴(kuò)散電容附加在連接開關(guān)Sa的節(jié)點(diǎn)上，在開關(guān)Sa閉合時，則附加?xùn)艠O電容。若運(yùn)算放大器110的反相輸入端或同相輸入端附加了電容，則運(yùn)算放大電路11a的動作速度下降。
在圖21及圖22的例中，開關(guān)Sa與運(yùn)算放大器110的反相輸出端及同相輸出端連接。這樣，運(yùn)算放大電路11a的動作速度不下降。因而，圖21及圖22的例子較好。
另外，在開關(guān)Sa與電容并聯(lián)時，由于開關(guān)Sa閉合存在閉合電阻，因此不能夠完全切除電容的電容量。
在圖21的例中，開關(guān)Sa與電容Ca串聯(lián)，而且開關(guān)Sa與運(yùn)算放大器110的反相輸出端及同相輸出端連接。這樣，在開關(guān)Sa斷開時，能夠完全切除電容Ca的電容量。因而，圖21的例子最好。
另外，在圖24的例子，開關(guān)S1a及S2a與電容Cb相比與輸入側(cè)連接。反之，在電容Cb與開關(guān)S1a及S2a設(shè)定為斷開狀態(tài)，電容Cb的寄生電容也充電。這樣，在增益設(shè)定時，必須要考慮寄生電容，由于寄生電容的差異將導(dǎo)致增益產(chǎn)生差異。如圖24的例子所示，由于開關(guān)S1a及S2a與電容Cb相比與輸入側(cè)連接，因此在將開關(guān)S1a及S2a設(shè)定為斷開狀態(tài)時，利用開關(guān)S1a及S2a，將電容Cb與寄生電容一起同時切除。因而，在圖24的例子，在增益設(shè)定時，沒有必要考慮電容Cb的寄生電容，不會因寄生電容的差異而導(dǎo)致增益產(chǎn)生差異。
圖27所示為圖16的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路1中子A/D轉(zhuǎn)換器9a的構(gòu)成第1例的電路圖，圖28所示為圖27的子A/D轉(zhuǎn)換器9a所用的比較器的構(gòu)成電路圖。
在圖27中，子A/D轉(zhuǎn)換器9a具有產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓的基準(zhǔn)電壓發(fā)生電路92、93a、93b及多個比較器90。
基準(zhǔn)電壓發(fā)生電路92邊串聯(lián)連接的多個電阻R構(gòu)成。基準(zhǔn)電壓發(fā)生電路93a由串聯(lián)連接的多個電阻R構(gòu)成?；鶞?zhǔn)電壓發(fā)生電路93b由串聯(lián)連接的多個電阻R1構(gòu)成。多個電阻R具有相等的電阻值，多個電阻R1具有相等的電阻值。
基準(zhǔn)電壓發(fā)生電路92連接在接受高電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRT的節(jié)點(diǎn)N91與接受低電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRB的節(jié)點(diǎn)N92之間?；鶞?zhǔn)電壓發(fā)生電路93a通過開關(guān)S24及S25，連接在接受高電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRT的節(jié)點(diǎn)N93與接受低電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRB的節(jié)點(diǎn)N94之間，基準(zhǔn)電壓發(fā)生電路93b連接在接受高電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRT的節(jié)點(diǎn)N93與接受低電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRB的節(jié)點(diǎn)N94之間。在基準(zhǔn)電壓發(fā)生電路93a的中間多點(diǎn)N95與基準(zhǔn)電壓發(fā)生電路93b的中間節(jié)點(diǎn)N96之間，連接開關(guān)S26。
在基準(zhǔn)電壓發(fā)生電路92的電阻R之間的連接點(diǎn)分別生成不同的基準(zhǔn)電壓。同樣，在基準(zhǔn)電壓發(fā)生電路93a的電阻R之間的連接點(diǎn)分別生成不同的基準(zhǔn)電壓。這里，將利用基準(zhǔn)電壓發(fā)生電路92得到的不同的基準(zhǔn)電壓稱為正基準(zhǔn)電壓Vref(+)。將利用基準(zhǔn)電壓發(fā)生電路93a得到的不同的基準(zhǔn)電壓稱為負(fù)基準(zhǔn)電壓Vref(-)。
在基準(zhǔn)電壓發(fā)生電路93b的中間節(jié)點(diǎn)N96生成高電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRT與低電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRB的中間電壓即中間基準(zhǔn)電壓VRT1(＝(VRT-VRB)/2)。
如圖28所示，各比較器90包含運(yùn)算放大器91、電容C1、C2及開關(guān)S13～S18。在運(yùn)算放大器91的反相輸入端與反相輸出端之間連接開關(guān)S13，在同相輸入端與同相輸出端之間連接開關(guān)S14。另外，電容C1與運(yùn)算放大器91的反相輸入端連接，電容C2與同相輸入端連接。開關(guān)S15及S16與電容C1連接，開關(guān)S17及S18與電容C2連接。另外，在圖27中，省略各比較器90的開關(guān)S13及S14的圖示。
正模擬輸入電壓Vin(+)及正基準(zhǔn)電壓Vref(+)分別通過開關(guān)S15及S16提供給電容C1。另外，負(fù)模擬輸入電壓Vin(-)及負(fù)基準(zhǔn)電壓Vref(-)分別通過開關(guān)S17及S18提供給電容C2。
在初始狀態(tài)下，開關(guān)S13、S14、S15及S17閉合，開關(guān)S16及S18斷開。然后，使開關(guān)S13及S14斷開后，使開關(guān)S15及S17斷開，使開關(guān)S16及S18閉合。在使開關(guān)S13及S14斷開時，由于運(yùn)算放大器91的反相輸入端及同相輸入端處于懸空狀態(tài)，因此反相輸入端的電壓移動(Vin(+)-Vref(+))，同相輸入端的電壓移動(Vin(-)-Vref(-))。結(jié)果，差動模擬輸入電壓(Vin(+)-Vin(-))與差動基準(zhǔn)電壓(Vref(+)-Vref(-))進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果，正模擬輸出電壓Vout(+)及負(fù)模擬輸出電壓Vout(-)發(fā)生變化。
將圖27的多個比較器90的比較結(jié)果利用編碼器950進(jìn)行編碼，通過這樣，能夠得到數(shù)字代碼Dcode。
在圖27的子A/D轉(zhuǎn)換器9a中，在差動雙端輸入時，使開關(guān)S24及S25閉合，使開關(guān)S26斷開。這樣，利用基準(zhǔn)電壓發(fā)生電路93a分別將不同的負(fù)基準(zhǔn)電壓Vref(-)通過開關(guān)S18提供給各比較器90的電容C2。在單端輸入時，使開關(guān)S24及S25斷開，使開關(guān)S26閉合。這樣，利用基準(zhǔn)電壓發(fā)生電路93b將中間基準(zhǔn)電壓VRT1通過開關(guān)S18提供給各比較器90的電容C2。
這樣，在子A/D轉(zhuǎn)換器9a中切換滿量程范圍。
另外，也可以不設(shè)置基準(zhǔn)電壓發(fā)生電路93b，而將開關(guān)S26連接在基準(zhǔn)電壓發(fā)生電路93b的中間節(jié)點(diǎn)N95與基準(zhǔn)電壓發(fā)生電路92的中間節(jié)點(diǎn)之間。
圖29所示為圖16的模—數(shù)轉(zhuǎn)換電路1中子A/D轉(zhuǎn)換器9a的構(gòu)成第2例的電路圖，圖30所示為圖29的子A/D轉(zhuǎn)換器9a所用的比較器的構(gòu)成電路圖。
在圖29中，在基準(zhǔn)電壓發(fā)生電路93a的中間節(jié)點(diǎn)N95與基準(zhǔn)電壓發(fā)生電路93b的中間節(jié)點(diǎn)N96之間連接圖27的開關(guān)S26。
如圖30所示，各比較器90包含運(yùn)算放大器91、電容C1、C2及開關(guān)S15～S18，還包含開關(guān)S21及S22。開關(guān)S21的一端與電容C1連接，開關(guān)S21的另一端開路。開關(guān)S22的一端與電容C2連接，另一端與圖29的基準(zhǔn)電壓發(fā)生電路93b的中間節(jié)點(diǎn)N96連接。圖30的比較器90的基它部分構(gòu)成與圖28的比較器90的構(gòu)成相同。
利用基準(zhǔn)電壓發(fā)生電路93b將中間基準(zhǔn)電壓VRT1通過開關(guān)S22提供給電容C2。
在差動雙端輸入時，圖30的比較器90的工作與圖28的比較器90的工作相同。這時，開關(guān)S21及S22始終斷開。在單端輸入時，使開關(guān)S22工作以代替開關(guān)S18。這時，開關(guān)S21始終斷開。
在圖29的子A/D轉(zhuǎn)換器9a中，在差動雙端輸入時，使開關(guān)S24及S25閉合。這時，開關(guān)S21及S22始終斷開。這樣，利用基準(zhǔn)電壓發(fā)生電路93a分別將不同的負(fù)基準(zhǔn)電壓Vref(-)通過開關(guān)S18提供給各比較器90的電容C2。在單端輸入時，使開關(guān)S24及S25斷開，使開關(guān)S22工作以代替開關(guān)S18。這時，開關(guān)S21始終斷開。這樣，利用基準(zhǔn)電壓發(fā)生電路93b將中間基準(zhǔn)電壓VRT1通過開關(guān)S22提供給各比較器90的電容C2。
這樣，在子A/D轉(zhuǎn)換器9a中切換滿量程范圍。
另外，雖然對各比較器90也可以不設(shè)置開關(guān)S21，但為了確保比較器90的電路構(gòu)成的對稱性，最好設(shè)置開關(guān)S21。
圖31為圖18的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路1中第2級電路4內(nèi)的子A/D轉(zhuǎn)換器9b的電路圖。圖21的子A/D轉(zhuǎn)換器9b為全并行比較(閃爍)方式子A/D轉(zhuǎn)換器。
子A/D轉(zhuǎn)換器9b由產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓的基準(zhǔn)電壓發(fā)生電路94/95及多個比較器90構(gòu)成?；鶞?zhǔn)電壓發(fā)生電路94及95分別由電阻R2、2n個電阻R及電阻R3構(gòu)成。電阻R2及R3分別具有電阻R的n倍電阻值。電阻R2、2n個電阻R及電阻R3連接在接受高電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRT2的節(jié)點(diǎn)N97與接受低電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRB2的節(jié)點(diǎn)N98之間。在電阻R2的兩端連接開關(guān)S28，在電阻R3的兩端連接開關(guān)S29。
在基準(zhǔn)電壓發(fā)生電路94的電阻R之間的連接點(diǎn)分別生成不同的基準(zhǔn)電壓。同樣，在基準(zhǔn)電壓發(fā)生電路95的電阻R之間的連接點(diǎn)分別生成不同的基準(zhǔn)電壓。這里，將利用基準(zhǔn)電壓發(fā)生電路94得到的不同的基準(zhǔn)電壓稱為正基準(zhǔn)電壓Vref(+)。將利用基準(zhǔn)電壓發(fā)生電路95得到的不同的基準(zhǔn)電壓稱為負(fù)基準(zhǔn)電壓Vref(-)。
正模擬輸入電壓Vin(+)及正基準(zhǔn)電壓Vref(+)分別通過開關(guān)S15及S16提供給行比較器90的電容C1。另外，負(fù)模擬輸入電壓Vin(-)及負(fù)基準(zhǔn)電壓Vref(-)分別通過開關(guān)S17及S18提供給各比較器90的電容C2。圖31的比較器90的構(gòu)成及工作與圖28的比較器90的構(gòu)成及工作相同。
這里，將高電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRT2與低電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRB2之差設(shè)定為VINP-P/8。在基準(zhǔn)電壓發(fā)生電路95及94的開關(guān)S28及S29斷開時，滿量程范圍為VINP-P/16。另外，若使開關(guān)S28及S29閉合，則滿量程范圍為VINP-P/8。這樣在子A/D轉(zhuǎn)換器96中，可以將滿量程范圍切換為1倍及2倍。
圖32為圖18的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路1中第2級電路4內(nèi)的D/A轉(zhuǎn)換器10b的電路圖。圖32的D/A轉(zhuǎn)換器10為電容陣列方式的D/A轉(zhuǎn)換器。
D/A轉(zhuǎn)換器10由產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓的基準(zhǔn)電壓發(fā)生電路96、分別連接成陣列狀的多個正側(cè)開關(guān)S51及S52、多個負(fù)側(cè)開關(guān)S53及S54、多個正側(cè)電容C50、以及多個負(fù)側(cè)電容C51構(gòu)成。
基準(zhǔn)電壓發(fā)生電路96由電阻R4、多個電阻R及R5構(gòu)成。電阻R4及R5具有多個電阻R的總電阻值的一半電阻值。電阻R4、多個電阻R及電阻R5串聯(lián)連接在接受高電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRT3的節(jié)點(diǎn)N101與接受低電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRB3的節(jié)點(diǎn)N102之間。在電阻R4的兩端連接開關(guān)S30，在電阻R5的兩端連接開關(guān)S31。
電容C50及C51都具有相同電容值。從電容C50的一端(下面稱為輸出端)N111生成差動正輸出電壓VDA(+)，從電容C51的一端(下面稱為輸出端)N112生成差動負(fù)輸出電壓VDA(-)。另外，將各電容C50及C51的另一端稱為輸入端。
各開關(guān)S51的一端與電阻R4和電阻R之間的節(jié)點(diǎn)N103連接，另一端與電容C50的輸入端連接。各開關(guān)S52的一端與電阻R5和電阻R之間的節(jié)點(diǎn)N104連接，另一端與電容C50的輸入端連接。各開關(guān)S53的一端與電阻R4和電阻R之間的節(jié)點(diǎn)N103連接，另一端與電容C51的輸入端連接。各開關(guān)S54的一端與電阻R5和電阻R之間的節(jié)點(diǎn)N104連接，另一端與電容C51的輸入端連接。
開關(guān)S51、S52、S53及S54是根據(jù)圖31的子A/D轉(zhuǎn)換器9b的比較器90的輸入電平進(jìn)行閉合及斷開動作。接受同一比較器90的輸出信號的4個開關(guān)S51、S52、S53及S54進(jìn)行閉合及斷開動作，在輸出端N111及N112得到差動正輸出電壓VDA(+)及差動負(fù)輸出電壓VDA(-)。
這里，將高電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRT3與低電位側(cè)基準(zhǔn)電壓VRB3之差設(shè)定為VINP-P/4。在基準(zhǔn)電壓發(fā)生電路96的開關(guān)S30及S31斷開時，滿量程范圍為VINP-P/8。若使開關(guān)S30及S31閉合，則滿量程范圍為VINP-P/4。這樣，在D/A轉(zhuǎn)換器10b中，可能性將滿量程范圍切換為1倍及2倍。
圖33所示為圖18的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路1中減法放大電路14a的構(gòu)成第1例的電路圖。
圖33的減法放大電路14a包含運(yùn)算放大器130、電容值切換電路131及132、電容133及134、以及開關(guān)135～138。開關(guān)例如由MOS(金屬氧化物半導(dǎo)體)晶體管構(gòu)成。
在運(yùn)算放大器130的反相輸入端與反相輸出端之間連接電容值切換電路131作為反饋電容，在同相輸入端與同相輸出端之間連接電容值切換電路132作為反饋電容。另外，電容133與運(yùn)算放大器130的反相輸入端連接作為輸入電容，電容134與同相輸入端連接作為輸入電容。
從圖18的運(yùn)算放大電路11輸出的正模擬輸出電壓Vo(+)及從D/A轉(zhuǎn)換器10b輸出的差動正輸出電壓VDA(+)分別通過開關(guān)135及136提供給電容133。另外，從運(yùn)算放大電路11輸出的負(fù)模擬輸出電壓Vo(-)及從D/A轉(zhuǎn)換器10b輸出的差動負(fù)輸出電壓VDA(-)分別通過開關(guān)137及138提供給電容134。運(yùn)算放大器130的反相輸入端、反相輸出端、同相輸入端及同相輸出端分別通過開關(guān)139、140、141及142接地。
圖33的減法放大電路14a的工作與圖19的運(yùn)算放大電路11a的工作相同。從運(yùn)算放大器130的反相輸出端及同相輸出端得到提供給下1級電路4的正模擬輸入電壓Vin(+)及負(fù)模擬輸入電壓Vin(-)。
這里，通過切換電容值切換電路131及132的電容值，能夠切換減法放大電路14a的增益。
圖34所示為圖18的模—數(shù)轉(zhuǎn)換電路1中減法放大電路14a的構(gòu)成第2例的電路圖。
圖34的減法放大電路14a包含運(yùn)算放大器130、電容145及146、電容值切換電路143及144、以及開關(guān)135～140。
在運(yùn)算放大器130的反相輸入端與反相輸出端之間連接電容145作為反饋電容，在同相輸入端與同相輸出端之間連接電容146作為反饋電容。另外，電容值切換電路143與運(yùn)算放大器130的反相輸入端連接作為輸入電容，電容值切換電路144與同相輸入端連接作為輸入電容。
從圖18的運(yùn)算放大電路11輸出的正模擬輸出電壓Vo(+)及從D/A轉(zhuǎn)換器10b輸出的差動正輸出電壓VDA(+)分別通過開關(guān)135及136提供給電容值切換電路143。另外，從運(yùn)算放大電路11輸出的負(fù)模擬輸出電壓Vo(-)及從D/A轉(zhuǎn)換器10b輸出的差動負(fù)輸出電壓VDA(-)分別通過開關(guān)137及138提供給電容值切換電路144。運(yùn)算放大器130的反相輸入端、反相輸出端、同相輸入端及同相輸出端分別通過開關(guān)139、140、141及142接地。
圖34的減法放大電路14a的工作與圖20的運(yùn)算放大電路11a的工作相同。從運(yùn)算放大器130的反相輸出端及同相輸出端得到提供給下1級電路4的正模擬輸入電壓Vin(+)及負(fù)模擬輸入電壓Vin(-)。
這里，通過切換電容值切換電路143及144的電容值，能夠切換減法放大電路14a的增益。
上述實施形態(tài)的開關(guān)Sa、S1a、S2a、S24、S25、S26、S28、S29、S30及S31例如由MOS(金屬氧化物半導(dǎo)體)場效應(yīng)晶體管形成。
在上述實施形態(tài)中，作為切換裝置的切換部分是采用開關(guān)Sa、S2a、S24、S25、S26、S28、S29、S30及S31。在這種情況下，在制造時或使用時，可以將開關(guān)Sa、S1a、S2a、S24、S25、S26、S28、S29、S30及S31切換為閉合或斷開。切換裝置的切換部分不限定于開關(guān)。例如，作為切換部分也可以采用能夠利用激光熔斷的熔斷器，作為切換部分也可以采用最上層金屬圖形形成用的掩膜切換部分。
圖35所示為切換部分其它例子的電路圖。在圖35的例中，采用熔斷器Fa代替圖21的運(yùn)算放大電路11a的開關(guān)Sa。熔斷器Fa例如由多晶硅形成，利用激光能夠熔斷。制造時，通過是否用激光將熔斷器Fa熔斷，就能夠切換運(yùn)算放大電路11a的增益。
圖36及圖37所示為切換部分的另一其它例子，上部為平面圖，下部為剖面圖。
在電容形成部分C500中，利用下層金屬LM1及LM2形成電容的電極501及502。另外，利用下層金屬LM1形成電極507及508。再利用最上層金屬UM，以規(guī)定間隔形成電極512及513，而且以規(guī)定間隔形成電極514及515。電極501通過通孔503內(nèi)的金屬與電極513連接，電極504通過通孔504通過通孔504內(nèi)的金屬與極514連接。另外，電極507通過通孔505內(nèi)的金屬與電極512連接，電極508通過通孔506內(nèi)的金屬與電極515連接。
例如，電極507與圖21的運(yùn)算放大器110的反相輸入端連接，電極508與圖21的運(yùn)算放大器110的反相輸出端連接。
利用電極501及502形成電容形成部分C500，利用電極512與513之間及電極514與515之間分別形成掩膜切換部分NSW。電容形成部分C500相當(dāng)于例如圖21的電容Ca。
制造時，通過改變配置在掩膜切換部分MSW上的掩膜圖形，可以將電極512與513之間及電極514及515之間切換為連接狀態(tài)及開斷狀態(tài)。
如圖36所示，通過采用在電極512與513之間及電極514與515的掩膜，可以將電極512與513之間及電極514與515之間連接。
如圖37所示，通過采用在電極512與513之間及電極514與515之間不利用最上層金屬UM形成金屬層的掩膜，可以將電極512與513之間及電極514與515之間斷開。
在圖36及圖37的例中，通過分別在電容形成部分C500的兩端設(shè)置掩膜切換部分，可以將電容形成部分C500從運(yùn)算放大器完全切除。
另外，本發(fā)明不限定于上述實施形態(tài)，也可以在模-數(shù)轉(zhuǎn)換電路的任意1級電路中，采用具有可切換增益的運(yùn)算放大電路。具有可切換增益的減法放大電路、具有可切換滿量程范圍的子A/D轉(zhuǎn)換器及具有可切換滿量程范的D/A轉(zhuǎn)換器中的至少1種電路。
權(quán)利要求
1.一種?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，包括由多級電路構(gòu)成的多級流水線結(jié)構(gòu)，和除了最后級電路以外的各級電路，具有將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換器、將輸入的模擬信號進(jìn)行放大的第1運(yùn)算放大電路、將所述?！獢?shù)轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號的數(shù)—模轉(zhuǎn)換器、以及將所述第1運(yùn)算放大電路輸出的模擬信號與所述數(shù)—模轉(zhuǎn)換器輸出的模擬信號的差分進(jìn)行放大的第2運(yùn)算放大電路，在除了最后級電路以外的至少1級電路中，所述第1運(yùn)算放大電路具有大于1的增益，分別獨(dú)立設(shè)定所述數(shù)—模轉(zhuǎn)換器的電壓范圍及所述?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路的電壓范圍，使得所述第1運(yùn)算放大電路的輸出電壓范圍與所述數(shù)—模轉(zhuǎn)換器的電壓范圍相等。
2.如權(quán)利要求1所述的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，在所述至少1級電路中，所述數(shù)—模轉(zhuǎn)換器的電壓范圍與所述模—數(shù)轉(zhuǎn)換電路的電壓范圍之比，與所述第1運(yùn)算放大電路的增益相等。
3.如權(quán)利要求1所述的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，在所述至少1級電路中，所述?！獢?shù)轉(zhuǎn)換器根據(jù)具有第1電壓范圍的基準(zhǔn)電壓工作，所述數(shù)—模轉(zhuǎn)換器根據(jù)具有第2電壓范圍的基準(zhǔn)電壓工作，分別獨(dú)立設(shè)定所述第1電壓范圍及所述第2電壓范圍，使得所述第1運(yùn)算放大電路的輸出電壓范圍與所述數(shù)—模轉(zhuǎn)換器的電壓范圍相等。
4.如權(quán)利要求3所述的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，在所述至少1級電路中，所述第2電壓范圍與所述第1電壓范圍之比，與所述第1運(yùn)算放大電路的增益相等。
5.一種?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，包括由多級電路構(gòu)成的多級流水線結(jié)構(gòu)，和除了最后級電路以外的各級電路，具有將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的模—數(shù)轉(zhuǎn)換器、將輸入的模擬信號進(jìn)行放大的第1運(yùn)算入大電路、將所述?！獢?shù)轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號的數(shù)—模轉(zhuǎn)換器、以及將所述第1運(yùn)算放大電路輸出的模擬信號與所述數(shù)—模轉(zhuǎn)換器輸出的模擬信號之差分進(jìn)行放大的第2運(yùn)算放大電路，在除了最后級電路以外的至少1級電路中，所述第1運(yùn)算放大電路具有大于1的增益，所述數(shù)—模轉(zhuǎn)換器具有將多個電容連接成陣列狀的電容陣列，用來根據(jù)數(shù)字信號產(chǎn)生模擬信號電壓，所述第2運(yùn)算放大電路具有輸入電容、反饋電容及運(yùn)算放大器，將所述第1運(yùn)算放大電路輸出的模擬信號以所述輸入電容的值及所述反饋電容的值確定的第1增益進(jìn)行放大，同時將利用所述數(shù)—模轉(zhuǎn)換器由所述電容陣列產(chǎn)生的模擬信號以所述電容陣列的值及所述反饋電容的值確定的第2增益進(jìn)行放大，輸出以所述第1增益放大的模擬信號與以所述第2增益放大的模擬信號的差分，分別獨(dú)立設(shè)定所述電容陣列的值及所述輸入電容的值，使得所述第1增益倍的所述第1運(yùn)算放大電路的輸出電壓范圍與所述第2增益倍的所述數(shù)—模轉(zhuǎn)換器的電壓范圍相等。
6.如權(quán)利要求5所述的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，在所述至少1級電路中，所述電容陣列的值與所述輸入電容的值之比，與所述第1運(yùn)算放大電路的增益相等。
7.如權(quán)利要求5所述的模—數(shù)轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，在所述至少1級電路中，所述第2運(yùn)算放大電路的所述運(yùn)算放大器，具有與所述電容陣列連接的一輸入端，而且還具有另一輸入端及輸出端，所述反饋電容連接在所述運(yùn)算放大器的所述一輸入端與所述輸出端之間，所述輸入電容在所述運(yùn)算放大器的所述一輸入端與所述電容陣列并聯(lián)，所述第2運(yùn)算放大電路還包含開關(guān)電路，所述開關(guān)電路使所述運(yùn)算放大器的所述一輸入端與所述另一輸入端之間處于短路狀態(tài)，同時將所述運(yùn)算放大器輸出的模擬信號提供給所述輸入電容的輸入端，而且將任意的第1設(shè)定電壓提供給所述電容陣列的輸入端，然后使所述運(yùn)算放大器的所述一輸入端與所述另一輸入端之間處于開路狀態(tài)，同時將任意的第2設(shè)定電壓提供給所述輸入電容的輸入端，而且將所述數(shù)—模轉(zhuǎn)換器輸出的模擬信號提供給所述電容陣列的輸入端。
8.如權(quán)利要求7所述的模—數(shù)轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，在所述至少1級電路中，所述第2運(yùn)算放大電路的所述設(shè)定電壓，是所述第1運(yùn)算放大電路輸出的模擬信號的規(guī)定電壓。
9.如權(quán)利要求5所述的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路，其特征在于在所述至少1級電路中，所述第1運(yùn)算放大電路輸出差動的第1及第2模擬信號，所述數(shù)—模轉(zhuǎn)換器的所述電容陣列，包含根據(jù)數(shù)字信號分別產(chǎn)生差動的第3及第4模擬信號電壓用的第1及第2電容陣列，所述第2運(yùn)算放大電路的所述運(yùn)算放大器，具有與所述第1電容陣列連接的一輸入端、與所述第2電容陣列連接的另一輸入端、一輸出端以及另一輸出端，所述反饋電容包含在所述運(yùn)算放大器的所述一輸入端與所述一輸出端之間連接的第1反饋電容、以及在所述運(yùn)算放大器的所述另一輸入端與所述另一輸出端之間連接的第2反饋電容，所述輸入電容包含在所述運(yùn)算放大器的所述一輸入端與所述第1電容陣列并聯(lián)的第1輸入電容、以及在所述運(yùn)算放大器的所述另一輸入端與所述第2電容陣列并聯(lián)的第2輸入電容，所述第2運(yùn)算放大電路還包含開關(guān)電路，所述開關(guān)電路將所述運(yùn)算放大器的所述一輸入端及另一輸入端與規(guī)定的基準(zhǔn)電位連接，同時將所述第1運(yùn)算放大電路輸出的差動第1及第2模擬信號分別提供給所述第1及第2輸入電容的輸入端，而且將任意的第1設(shè)定電壓分別提供給所述第1及第2電容陣列的輸入端，然后將所述運(yùn)算放大器的所述一輸入端及另一輸入端從所述基準(zhǔn)電位切斷，同時將任意的第2設(shè)定電壓分別提供給所述第1及第2輸入電容的輸入端，而且將所述數(shù)—模轉(zhuǎn)換器輸出的差動第3及第4模擬信號分別提供給所述第1及第2電容陣列的輸入端，分別獨(dú)立設(shè)定所述第1電容陣列的值及所述第1輸入電容的值，而且分別獨(dú)立設(shè)定所述第2電容陣列的值及所述第2輸入電容的值，使得所述第1增益倍的所述第1運(yùn)算放大電路的輸出電壓范圍與所述第2增益倍的所述數(shù)—模轉(zhuǎn)換器的電壓范圍相等。
10.如權(quán)利要求9所述的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，在所述至少1級電路中，所述第1電容陣列的值與所述第1輸入電容的值之比，與所述第1運(yùn)算放大電路的增益相等，所述第2電容陣列的值與所述第2輸入電容的值之比，與所述第1運(yùn)算放大電路的增益相等。
11.如權(quán)利要求9所述的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，在所述至少1級電路中，作為所述第2運(yùn)算放大電路的所述第2設(shè)定電壓，是所述第1運(yùn)算放大電路中均衡的輸出電壓。
12.一種?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，包括由多級電路構(gòu)成的多級流水線結(jié)構(gòu)，和除了最后級電路以外的各級電路，具有將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換器、將輸入的模擬信號進(jìn)行放大的第1運(yùn)算入大電路、將所述?！獢?shù)轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號的數(shù)—模轉(zhuǎn)換器、以及將所述第1運(yùn)算放大電路輸出的模擬信號與所述數(shù)—模轉(zhuǎn)換器輸出的模擬信號之差分進(jìn)行放大的第2運(yùn)算放大電路，在除了最后級電路以外的至少1級電路中，所述第1運(yùn)算放大電路具有大于1的增益，所述?！獢?shù)轉(zhuǎn)換器根據(jù)具有第1電壓范圍的基準(zhǔn)電壓工作，所述數(shù)—模轉(zhuǎn)換器根據(jù)具有第2電壓范圍的基準(zhǔn)電壓工作，所述數(shù)—模轉(zhuǎn)換器具有將多個電容連接成陣列狀的電容陣列，用來根據(jù)數(shù)字信號產(chǎn)生模擬信號電壓，所述第2運(yùn)算放大電路具有輸入電容、反饋電容及運(yùn)算放大器，將所述第1運(yùn)算放大電路輸出的模擬信號以所述輸入電容的值及所述反饋電容的值確定的第1增益進(jìn)行放大，同時將利用所述數(shù)—模轉(zhuǎn)換器由所述電容陣列產(chǎn)生的模擬信號以所述電容陣列的值及所述反饋電容的值確定的第2增益進(jìn)行放大，將以所述第1增益放大的模擬信號與以所述第2增益放大的模擬信號之差分輸出。分別獨(dú)立設(shè)定所述第1電壓范圍及所述第2電壓范圍，同時分別獨(dú)立設(shè)定所述電容陣列的值及所述輸入電容的值，使得所述第1增益倍的所述第1運(yùn)算放大電路的輸出電壓范圍與所述第2增益倍的所述數(shù)—模轉(zhuǎn)換器的電壓范圍相等。
13.一種?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，包括由n級電路構(gòu)成的多級流水線結(jié)構(gòu)，和除了最后級電路以外的各級電路，具有將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換器、將所述模—數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號的數(shù)—模轉(zhuǎn)換器、以及將輸入的模擬信號與所述數(shù)—模轉(zhuǎn)換器輸出的模擬信號之差分進(jìn)行放大的第1運(yùn)算放大電路，最后級電路包含將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換器，除了最后級電路以外的至少1級電路，包含具有將電壓范圍進(jìn)行多級切換的切換裝置的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換器、具有將電壓范圍進(jìn)行多級切換的切換裝置的數(shù)—模轉(zhuǎn)換器、以及具有將增益進(jìn)行多級切換的切換裝置的第1運(yùn)算放大電路中的至少1種電路，及/或最后級電路包含具有將電壓范圍進(jìn)行多級切換的切換裝置的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換器。
14.如權(quán)利要求13所述的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，除了最后級電路以外的各級電路，還包含將輸入的模擬信號進(jìn)行放大后提供給所述第1運(yùn)算放大電路的第2運(yùn)算放大電路，除了最后級電路以外的至少1級電路的所述第2運(yùn)算放大電路具有將增益進(jìn)行多級切換的切換裝置。
15.如權(quán)利要求14所述的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述至少1級電路的所述第2運(yùn)算放大電路具有輸入電容、反饋電容及運(yùn)算放大器，將輸入的模擬信號以根據(jù)所述輸入電容的值及所述反饋電容的值確定的增益進(jìn)行放大，所述切換裝置包含對所述輸入電容的值及所述反饋電容的值的至少一方進(jìn)行可變設(shè)定的可變部分。
16.如權(quán)利要求15所述的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述可變部分包含將所述輸入電容或所述反饋電容的一部分切換為斷開狀態(tài)或短路狀態(tài)的切換部分。
17.如權(quán)利要求13所述的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述至少1級電路的所述第1運(yùn)算放大電路具有輸入電容、反饋電容及運(yùn)算放大器，將輸入的模擬信號以根據(jù)所述輸入電容的值及所述反饋電容的值確定的增益進(jìn)行放大，所述切換裝置包含對所述輸入電容的值及所述反饋電容的值的至少一方進(jìn)行可變設(shè)定的可變部分。
18.如權(quán)利要求17所述的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述可變部分包含將所述輸入電容或所述反饋電容的一部分切換為斷開狀態(tài)或短路狀態(tài)的切換部分。
19.如權(quán)利要求16所述的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述反饋電容包含在所述運(yùn)算放大器的輸入端與輸出端之間并聯(lián)或串聯(lián)設(shè)置的第1及第2電容，所述切換部分與所述第2電容串聯(lián)或并聯(lián)。
20.如權(quán)利要求18的所述的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述反饋電容包含在所述運(yùn)算放大器的輸入端與輸出端之間并聯(lián)或串聯(lián)設(shè)置的第1及第2電容，所述切換部分與的述第2電容串聯(lián)或并聯(lián)。
21.如權(quán)利要求19所述的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述切換部分與所述運(yùn)算放大器的輸出端連接。
22.如權(quán)利要求20所述的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述切換部分與所述運(yùn)算放大器的輸出端連接。
23.如權(quán)利要求16所述的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述輸入電容包含在所述運(yùn)算放大器的輸入端并聯(lián)或串聯(lián)設(shè)置的第1及第2電容，所述切換部分與所述第2電容串聯(lián)或并聯(lián)。
24，如權(quán)利要求18所述的模—數(shù)轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述輸入電容包含在所述運(yùn)算放大器的輸入端并聯(lián)或串聯(lián)設(shè)置的第1及第2電容，所述切換部分與所述第2電容串聯(lián)或并聯(lián)。
25.如權(quán)利要求23所述的模—數(shù)轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述切換部分與所述第2電容的輸入側(cè)連接。
26.如權(quán)利要求24所述的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述切換部分與所述第2電容的輸入側(cè)連接。
27.如權(quán)利要求13所述的模—數(shù)轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，至少1級電路的所述模—數(shù)轉(zhuǎn)換器包含產(chǎn)生多個基準(zhǔn)電壓的基準(zhǔn)電壓發(fā)生電路、以及將所述基準(zhǔn)電壓發(fā)生電路產(chǎn)生的多個基準(zhǔn)電壓與輸入的模擬信號進(jìn)行比較的多個比較器，所述切換裝置包含對所述基準(zhǔn)電壓發(fā)生電路產(chǎn)生的多個基準(zhǔn)電壓進(jìn)行可變設(shè)定的可變部分。
28.如權(quán)利要求27所述的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，除了最后級電路以外的至少1級電路的所述數(shù)—數(shù)轉(zhuǎn)換器包含產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓的基準(zhǔn)電壓發(fā)生電路、與公共端連接的多個電容、以及多個開關(guān)，所述多個開關(guān)連接在所述基準(zhǔn)電壓發(fā)生電路與所述多個電容之間，根據(jù)輸入的數(shù)字信號，將所述基準(zhǔn)電壓發(fā)生電路產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓分別提供給所述多個電容，所述切換裝置包含對所述基準(zhǔn)電壓發(fā)生由電路產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行可變設(shè)定的可變部分。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種模－數(shù)轉(zhuǎn)換電路，第1級－第3級電路內(nèi)的運(yùn)算放大電路增益為2。通過將各級電路內(nèi)的子A/D轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓范圍設(shè)定為D/A轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓范圍的1/2，使D/A轉(zhuǎn)換器的輸出電壓范圍與運(yùn)算放大電路的輸出電壓范圍一致。在模擬輸入信號的電壓范圍為VIN
文檔編號H03M1/18GK1399410SQ0212336
公開日2003年2月26日 申請日期2002年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月18日
發(fā)明者二改教廣, 和田淳, 谷邦之, 木村安行, 加藤健一 申請人:三洋電機(jī)株式會社