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Patent Searching and Data


Title:
AD CONVERTER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2008/129949
Kind Code:
A1
Abstract:
An AD converter converting an inputted analog signal into a digital signal is provided with an integrator outputting integrated waveforms obtained by sequentially integrating a signal level of the analog signal, a digital converting part detecting transition timing when a size relation of the signal level of the integrated waveform and a prescribed reference value transits to a prescribed state with prescribed time resolution, a feedback part controlling the signal level of the integrated waveform in accordance with a detection result in the digital converting part at a control period larger than time resolution, and a signal processing part generating the digital signal based on the detection result in the digital converting part.

Inventors:
YAMAMOTO KAZUHIRO (JP)
OKAYASU TOSHIYUKI (JP)
Application Number:
PCT/JP2008/057014
Publication Date:
October 30, 2008
Filing Date:
April 09, 2008
Export Citation:
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Assignee:
ADVANTEST CORP (JP)
YAMAMOTO KAZUHIRO (JP)
OKAYASU TOSHIYUKI (JP)
International Classes:
H03M3/02
Foreign References:
JPH05167451A1993-07-02
JP2004208167A2004-07-22
JPH11112350A1999-04-23
Attorney, Agent or Firm:
RYUKA, Akihiro (22-1 Nishi-Shinjuku 6-chome,Shinjuku-k, Tokyo 05, JP)
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Claims:
 入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するAD変換器であって、
 前記アナログ信号の信号レベルを順次積分した積分波形を出力する積分器と、
 前記積分波形の信号レベルと、所定の参照値との大小関係が、予め定められた状態に遷移する遷移タイミングを、所定の時間分解能で検出するデジタル変換部と、
 前記時間分解能より大きい制御周期で、前記デジタル変換部における検出結果に応じて前記積分波形の信号レベルを制御するフィードバック部と、
 前記デジタル変換部における検出結果に基づいて、前記デジタル信号を生成する信号処理部と
 を備えるAD変換器。
 前記フィードバック部は、nを2以上の整数として前記時間分解能のn倍の前記制御周期で、前記積分波形の信号レベルを制御する
 請求項1に記載のAD変換器。
 前記フィードバック部は、前記制御周期内において、前記デジタル変換部が検出した前記遷移タイミングに対応する制御タイミングで、前記積分波形の信号レベルから前記参照値に応じた信号レベルを加減算する
 請求項2に記載のAD変換器。
 前記フィードバック部は、前記制御周期内における前記制御タイミングを、前記デジタル変換部における時間分解能と略同一の時間分解能で制御する
 請求項3に記載のAD変換器。
 前記フィードバック部は、前記デジタル変換部が検出した前記遷移タイミングに応じた信号レベルを、前記積分波形の信号レベルから加減算する
 請求項2に記載のAD変換器。
 前記フィードバック部は、前記制御周期内における一定の制御タイミングで、前記積分波形の信号レベルを制御する
 請求項5に記載のAD変換器。
 前記デジタル変換部は、前記積分波形の信号レベルと前記所定の参照値との大小関係が所定の状態に遷移したか否かを、前記制御周期より周期の小さいサンプリングタイミングで順次検出する
 請求項1に記載のAD変換器。
 前記デジタル変換部は、前記積分波形の信号レベルと前記所定の参照値との大小関係が所定の状態に遷移したか否かを、前記制御周期より周期の小さいサンプリングタイミングで順次検出し、
 前記フィードバック部は、前記デジタル変換部が前記遷移タイミングを検出した前記サンプリングタイミングから、複数の前記サンプリングタイミングが経過した後に、前記積分波形の信号レベルを制御する
 請求項4に記載のAD変換器。
 前記フィードバック部は、前記大小関係が所定の状態に遷移した状態が継続する期間に応じて、前記積分波形の信号レベルを制御する
 請求項8に記載のAD変換器。
 前記デジタル変換部は、
 前記制御周期と同一周期の基準クロックを順次遅延させた複数のストローブ信号を生成する、縦続接続された複数の遅延素子と、
 前記基準クロックのサイクル毎に、それぞれの前記遅延素子が出力するそれぞれの前記ストローブ信号に応じたそれぞれの前記サンプリングタイミングで、前記積分波形の信号レベルと、前記参照値との大小関係を検出する検出回路と
 を有する請求項8に記載のAD変換器。
 前記フィードバック部は、前記検出回路が、前記基準クロックのいずれかのサイクルで前記遷移タイミングを検出した場合に、前記基準クロックの当該サイクルより後のサイクルで、前記積分波形の信号レベルから、予め定められた信号レベルを加減算する
 請求項10に記載のAD変換器。
 前記検出回路は、前記基準クロックのいずれかのサイクルで前記遷移タイミングを検出した場合に、前記遷移タイミングを検出した前記ストローブ信号の、当該サイクル内におけるタイミングを示すタイミング情報を生成し、
 前記フィードバック部は、当該サイクル以降のサイクルにおける前記基準クロックのパルスを、前記タイミング情報に応じて遅延させたフィードバック信号を生成するタイミング発生部と、
 前記フィードバック信号に応じて、前記積分波形の信号レベルから、予め定められた信号レベルを加減算するレベル演算部と
 を有する請求項11に記載のAD変換器。
 それぞれの前記遅延素子の遅延時間を設定する設定部を更に備える
 請求項10に記載のAD変換器。
 前記積分波形の信号レベルと、前記参照値との比較結果に応じた論理値を出力するレベル比較部を更に備え、
 前記検出回路は、前記レベル比較部が出力する論理値を、それぞれの前記サンプリングタイミングで検出する
 請求項10に記載のAD変換器。
 前記積分器は、第1のアナログ信号の信号レベルを順次積分した積分波形を出力し、
 前記デジタル変換部は、第2のアナログ信号の信号レベルを順次積分して得られる波形の信号レベルを、前記所定の参照値として取得する
 請求項1に記載のAD変換器。
Description:
AD変換器

 本発明は、アナログ信号をデジタル信号に 換するAD変換器に関する。特に本発明は、 ルタシグマ変調を利用したAD変換器に関する 。本出願は、下記の日本出願に関連する。文 献の参照による組み込みが認められる指定国 については、下記の出願に記載された内容を 参照により本出願に組み込み、本出願の一部 とする。
 1.特願2007-106410  出願日 2007年4月13日
 2.特願2007-296832  出願日 2007年11月15日

 アナログ信号をデジタル信号に変換するA D変換器として、デルタシグマ変調を利用し 回路が知られている(例えば、特許文献1参照 )。デルタシグマ変調は、アナログ信号のレ ルを順次加算した値が、所定の参照値より きくなった場合に、加算値から参照値を減 るフィードバック処理を行うことにより、 ナログ信号をデジタル信号に変換する。

 図10は、従来のAD変換器200を示す。AD変換 200は、レベル演算部210、積分器220、1bitADC230 、信号処理部240、遅延器250、及び1bitDAC260を える。

 積分器220は、アナログ信号のレベルを積 する。1bitADC230は、積分器220の出力が、参照 値より大きいか否かを示す2値の信号を出力 る。遅延器250は、1bitADC230が出力する信号を1 サイクル遅延させる。1サイクルとは、1bitADC2 30に与えられるサンプリングクロックの1サイ クルである。1bitDAC260は、遅延器250から論理 1が与えられた場合に、1bitADC230における参照 値に相当するレベルをレベル演算部210に出力 する。レベル演算部210は、入力されるアナロ グ信号のレベルから、1bitDAC260が出力するレ ルを減じて、積分器220に入力する。

 信号処理部240は、1bitADC230が出力する信号に 基づいて、デジタル信号を生成する。例えば 信号処理部240は、1bitADC230が論理値1を出力す タイミングが、どのように分布しているか 応じてデジタル信号を生成する。

特開2001-24512号公報

 上述したように、AD変換器200は、1bitADC230 論理値1を出力するタイミングに基づいて、 デジタル信号の値を生成する。このため、AD 換器200は、1bitADC230におけるサンプリング周 波数が高く、時間方向の分解能が高いほど、 デジタル信号の値を高分解能で生成すること ができる。

 しかし、単純にサンプリングクロックの 波数を高くすることにより、1bitADC230におけ るサンプリング周波数を向上させるには限界 がある。また、1bitADC230における比較結果を 高速なサンプリングクロックの1サイクルの に、レベル演算部210にフィードバックする は困難である。

 そこで本明細書に含まれる技術革新(イノ ベーション)の1つの側面においては、上記の 題を解決することのできるAD変換器を提供 ることを目的とする。この目的は請求の範 における独立項に記載の特徴の組み合わせ より達成される。また従属項は本発明の更 る有利な具体例を規定する。

 即ち、本明細書に含まれるイノベーショ に関連する第1の側面によるAD変換器の一つ 例によると、入力されるアナログ信号をデ タル信号に変換するAD変換器であって、ア ログ信号の信号レベルを順次積分した積分 形を出力する積分器と、積分波形の信号レ ルと所定の参照値との大小関係が遷移した 移タイミングを、所定の時間分解能で検出 るデジタル変換部と、時間分解能より大き 制御周期で、デジタル変換部における検出 果に応じて積分波形の信号レベルを制御す フィードバック部と、デジタル変換部にお る検出結果に基づいて、デジタル信号を生 する信号処理部とを備えるAD変換器を提供す る。

 なお、上記の発明の概要は、本発明の必 な特徴の全てを列挙したものではなく、こ らの特徴群のサブコンビネーションもまた 発明となりうる。

本発明の一つの実施形態に係るAD変換 100の構成の一例を示す図である。 フィードバック部40の構成例を示す図 ある。 図2に関連して説明したAD変換器100の動 例を示すタイミングチャートである。 デジタル変換部30の構成の一例を示す である。 AD変換器100の動作の一例を示すタイミ グチャートである。 タイミング発生部50の構成の一例を示 図である。 フィードバック部40の他の構成例を示 図である。 図2に関連して説明したAD変換器100の動 例を示すタイミングチャートである。 図9(a)は、多ビットDA変換部90の構成例 示す図である。図9(b)は、多ビットDA変換部90 の他の構成例を示す図である。 従来のAD変換器200を示す。

符号の説明

10・・・積分器、20・・・レベル比較部、30 ・・・デジタル変換部、32・・・第1遅延素子 、34・・・第2遅延素子、36・・・検出回路、4 0・・・フィードバック部、50・・・タイミン グ発生部、52・・・可変遅延回路、54・・・ 定部、60・・・レベル発生部、70・・・レベ 演算部、80・・・信号処理部、90・・・多ビ ットDA変換部、91・・・抵抗、92・・・セレク タ、93・・・電流制御部、94・・・ソース側 流源、95・・・シンク側電流源、96・・・コ デンサ、100・・・AD変換器、200・・・AD変換 器、210・・・レベル演算部、220・・・積分器 、230・・・1bitADC、240・・・信号処理部、250 ・・遅延器、260・・・1bitDAC

 以下、発明の実施の形態を通じて本発明 一つの側面を説明するが、以下の実施形態 請求の範囲にかかる発明を限定するもので なく、また実施形態の中で説明されている 徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に 須であるとは限らない。

 図1は、本発明の一つの実施形態に係るAD 換器100の構成の一例を示す図である。AD変 器100は、入力されるアナログ信号をデジタ 信号に変換する回路であって、積分器10、レ ベル比較部20、デジタル変換部30、フィード ック部40、レベル演算部70、及び信号処理部8 0を備える。

 積分器10は、アナログ信号の信号レベル 順次積分した積分波形を出力する。積分器10 は、例えばオペアンプ、コンデンサ等を用い たアナログ積分回路であってよい。つまり積 分器10は、アナログ信号の信号レベルを一定 期で離散的に加算するのではなく、アナロ 信号に応じてコンデンサを充放電等するこ により、連続した積分波形を出力してよい

 レベル比較部20は、積分器10が出力する積 分波形の信号レベルが、所定の参照値より大 きくなったか否かの比較結果に応じた論理値 を出力する。当該参照値は、使用者等により 予め設定されてよい。レベル比較部20は、積 波形及び参照値が2つの入力端子に与えられ るオペアンプを有してよい。レベル比較部20 、積分波形の信号レベルと参照値との大小 係を示す論理値を、連続波形として出力す 。例えばレベル比較部20は、積分波形の信 レベルが、参照値より大きくなった場合に 理値1を出力してよい。

 デジタル変換部30は、積分波形の信号レ ルと、所定の参照値との大小関係が、予め められた状態に遷移した遷移タイミングを 所定の時間分解能で検出する。例えばデジ ル変換部30は、積分波形の信号レベルが、所 定の参照値より大きい超過状態に遷移するタ イミングを、所定の時間分解能で検出してよ い。またデジタル変換部30は、積分波形の信 レベルが、所定の参照値より小さい超過状 に遷移するタイミングを、所定の時間分解 で検出してもよい。時間分解能とは、デジ ル変換部30における、時間方向における測 分解能を指す。

 また、デジタル変換部30は、当該所定の 照値として、一定の参照値を取得してよく 第2のアナログ信号を積分した波形の信号レ ルを取得してもよい。後者の場合、デジタ 変換部30が検出する遷移タイミングは、積 器10に与えられる第1のアナログ信号および 2のアナログ信号のクロスポイントのタイミ グに対応する。第1のアナログ信号および第 2のアナログ信号は、差動の信号であってよ 。

 以下では、デジタル変換部30は、アナロ 信号の積分波形の信号レベルが固定の参照 より大きくなる超過状態となったタイミン を、上述した遷移タイミングとして検出す 例を説明する。デジタル変換部30は、積分波 形の信号レベルが、参照値より大きくなった か否かを、それぞれのサンプリングタイミン グで順次検出してよい。この場合、サンプリ ングタイミングの周期が、上述した時間分解 能に対応する。

 また、デジタル変換部30は、何番目のサ プリングタイミングで、積分波形の信号レ ルが参照値より大きくなったかを検出して い。例えばデジタル変換部30は、レベル比較 部20が出力する論理値を、それぞれのサンプ ングタイミングで検出してよい。レベル比 部20が出力する論理値として論理値1が検出 れた場合、積分波形の信号レベルが参照値 り大きくなった超過状態であることを検出 ることができる。

 また、サンプリングタイミングは、AD変 器100の動作周期の1/n倍(ただし、nは2以上の 数)の周期を有してよい。デジタル変換部30 、積分波形の信号レベルが参照値より大き なったことを検出したサンプリングタイミ グが、動作周期の当該サイクルにおいて何 目のサンプリングタイミングであるかを検 してよい。

 なお、デジタル変換部30は、上述したサ プリングとは異なる方法で、積分波形の信 レベルが参照値より大きくなるタイミング 検出してよい。例えばデジタル変換部30は、 積分波形の信号レベルが参照値より大きくな るまで、所定の測定クロックのパルス数を計 数することにより、当該タイミングを検出し てよい。

 また、デジタル変換部30は、与えられる 準クロックに応じてサンプリングタイミン を生成してよい。基準クロックは、AD変換器 の動作周期と同一周期を有してよい。より具 体的には、デジタル変換部30は、基準クロッ のサイクル毎に、位相の異なる複数のスト ーブを生成して、それぞれのストローブに じて、レベル比較部20が出力する論理値を 出してよい。

 デジタル変換部30は、基準クロックのサ クル毎に、レベル比較部20が出力する論理値 が遷移したタイミングを検出してよい。デジ タル変換部30の構成及び動作は、図2及び図3 おいて後述する。

 フィードバック部40は、デジタル変換部30 における時間分解能より大きい制御周期で、 デジタル変換部30における検出結果に応じて 分波形の信号レベルを制御する。フィード ック部40の制御周期は、AD変換器100の動作周 期と同一であってよい。つまり、フィードバ ック部40は、デジタル変換部30における時間 解能のn倍(ただし、nは2以上の整数)の制御周 期で、積分波形の信号レベルを制御する。

 フィードバック部40は、デジタル変換部30 における検出結果に応じて、レベル演算部70 フィードバック信号を供給することで、積 波形の信号レベルを制御してよい。レベル 算部70は、積分器10の入力側に設けられ、積 分器10に入力するアナログ信号の信号レベル ら、フィードバック信号に応じた信号レベ を加減算して、積分器10に入力する。

 例えば、デジタル変換部30において、積 波形の信号レベルが所定の参照値より大き 超過状態となるタイミングを検出する場合 レベル演算部70は、積分波形の信号レベルか ら、所定の信号レベルを減算してよい。逆に 、デジタル変換部30において、積分波形の信 レベルが所定の参照値より小さい超過状態 なるタイミングを検出する場合、レベル演 部70は、積分波形の信号レベルに、所定の 号レベルを加算してよい。以下では、レベ 演算部70が、積分波形の信号レベルから所定 の信号レベルを減算する例を説明する。

 フィードバック部40は、動作周期内の、 ジタル変換部30が検出した超過状態のタイミ ングに対応するタイミングで、予め定められ た一定の信号レベルを積分波形の信号レベル から減じてよい。また、フィードバック部40 、デジタル変換部30が検出した超過状態の イミングに応じた信号レベルを、動作周期 の予め定められた一定のタイミングで、動 波形の信号レベルから減じてよい。また、 ィードバック部40は、デジタル変換部30が検 した当該タイミングに応じて、フィードバ ク信号のタイミングおよび信号レベルの双 を調整してもよい。

 信号処理部80は、デジタル変換部30におけ る検出結果に基づいて、デジタル信号を生成 する。例えば信号処理部80は、デジタル変換 30が、超過状態を検出したタイミングの分 に応じて、デジタル信号を生成してよい。 り具体的には、信号処理部80は、ローパスデ ジタルフィルタに、デジタル変換部30が出力 るサンプリング結果を入力してよい。この 合、デジタル変換部30は、超過状態を検出 たタイミングでパルスを出力してよい。

 また信号処理部80は、ローパスデジタル ィルタが出力するデータ列から、所定のデ タ間隔でデータを抽出するデシメーション ィルタを有してもよい。信号処理部80は、従 来のデルタシグマ変調を利用したAD変換器の 号処理部と同様の構成を有してよい。

 このような構成により、超過状態となる イミングを、AD変換器100の動作周期(フィー バック部40の制御周期)より細かい時間分解 で検出することができる。このため、デジ ル信号を精度よく生成することができる。 た、AD変換器100に与える基準クロックの周 数は、デジタル変換部30におけるサンプリン グ周波数より小さくてよいので、AD変換器100 与えるべき基準クロックを容易に生成する とができる。

 図2は、フィードバック部40の構成例を示 図である。本例のフィードバック部40は、 述したように、動作周期内の、デジタル変 部30が検出した超過状態のタイミングに対応 するタイミングで、予め定められた一定の信 号レベルを積分波形の信号レベルから減じる 。

 本例のフィードバック部40は、デジタル 換部30が超過状態を検出したタイミングから 、所定の時間が経過した後に、積分波形の信 号レベルから予め定められた信号レベルを減 じてよい。例えばフィードバック部40は、デ タル変換部30が超過状態を検出してから、 数のサンプリングタイミングが経過した後 、フィードバックを行ってよい。

 本例のフィードバック部40は、デジタル 換部30が、基準クロックのいずれかのサイク ルで超過状態を検出した場合に、基準クロッ クの当該サイクルより後のサイクルで、積分 波形の信号レベルから、予め定められた信号 レベルを減じる。例えばフィードバック部40 、デジタル変換部30が、基準クロックのい れかのサイクルで超過状態を検出した場合 、基準クロックの当該サイクルの次のサイ ルで、積分波形の信号レベルから、予め定 られた信号レベルを減じてよい。このとき サイクル内において信号レベルを減じるべ 相対タイミングは、前サイクル内において 過状態を検出した相対タイミングに応じて められてよい。例えばフィードバック部40は 、超過状態を検出したサイクルの次のサイク ルにおける基準クロックのパルスを、超過状 態を検出したサイクル内の相対タイミングに 応じて遅延させて、フィードバックタイミン グを生成してよい。

 本例のフィードバック部40は、タイミン 発生部50、及びレベル発生部60を有する。タ ミング発生部50は、超過状態が検出された イクル以降のサイクルにおける基準クロッ のパルスを、超過状態を検出したサイクル における相対タイミングに応じて遅延させ フィードバック信号を生成する。

 レベル発生部60は、レベル演算部70におい て減じるべき一定の信号レベルを、フィード バック信号に応じて生成する。例えばレベル 発生部60は、レベル比較部20における参照値 応じた信号レベルを生成してよい。またレ ル発生部60は、超過状態が継続した期間に応 じた信号レベルを生成してもよい。レベル演 算部70は、積分器10に入力するアナログ信号 信号レベルから、レベル発生部60が出力する 信号レベルを減じて、積分器10に入力する。

 図3は、図2に関連して説明したAD変換器100 の動作例を示すタイミングチャートである。 本例では、被測定信号の信号レベルが略一定 であり、積分波形の傾きが略一定である場合 を用いて説明する。

 デジタル変換部30は、積分波形の信号レ ルが超過状態となったか否かを、それぞれ サンプリングタイミングで順次検出する。 ジタル変換部30は、超過状態を検出したサン プリングタイミングの、AD変換器100の動作周 (フィードバック部40の制御周期)の各サイク ル内における順番を検出してよい。本例では 、デジタル変換部30は、動作周期のサイクルT 1における2番目のサンプリングタイミングを 超過状態となったタイミングとして検出す 。

 タイミング発生部50は、デジタル変換部30 が超過状態を検出したタイミングに応じた位 相のフィードバック信号を生成する。例えば タイミング発生部50は、デジタル変換部30が 過状態を検出した制御周期のサイクルT1より 後のサイクルT3内において、デジタル変換部3 0が超過状態を検出したタイミング(サイクルT 1内の2番目のサンプリングタイミング)に対応 する制御タイミング(サイクルT3内の2番目の 御タイミング)で、フィードバック信号を生 する。ここで、サンプリングタイミングの 間分解能(周期)と、制御タイミングの時間 解能(周期)とは、略同一であってよい。

 レベル発生部は、タイミング発生部50が 成したフィードバック信号の信号レベルを 予め定められた一定の信号レベルに調整し 、レベル演算部70に供給する。レベル演算部 70は、積分波形の信号レベルから、フィード ック信号の信号レベルを減算する。なお、 3においては、積分波形の信号レベルは、フ ィードバック信号の立ち上がりエッジに応じ て瞬時に減少しているが、レベル演算部70は 所定の期間かけて、積分波形の信号レベル 減少させてよい。例えばレベル演算部70は フィードバック信号のパルス幅の期間かけ 、積分波形の信号レベルを減少させてよい

 このような動作により、AD変換器100の動 周期より細かい時間分解能で、積分波形が 照値より大きくなったタイミングを検出す ことができる。また、フィードバック信号 、当該タイミングに応じた情報を持たせる とができるので、AD変換を高精度に行うこと ができる。

 図4は、デジタル変換部30の構成の一例を す図である。デジタル変換部30は、複数の 2遅延素子34及び複数の検出回路36を有する。 複数の第2遅延素子34は、縦続接続されて設け られ、与えられる基準クロックを順次遅延さ せた複数のストローブ信号を生成する。

 つまり、複数の第2遅延素子34は、基準ク ックのパルス毎(サイクル毎)に、位相の異 る複数のストローブ信号を生成する。各サ クルで生成されるストローブ信号は、当該 イクル内で均等に配置されてよい。この場 、それぞれの第2遅延素子34の遅延量は同一 あってよい。

 複数の検出回路36は、複数の第2遅延素子3 4と一対一に対応して設けられる。それぞれ 検出回路36は、レベル比較部20が出力する論 値を、対応する第2遅延素子34が出力するス ローブ信号のタイミングで検出する。これ より、複数の検出回路36は、基準クロック サイクル毎に、それぞれの第2遅延素子34が 力するそれぞれのストローブ信号に応じた れぞれのサンプリングタイミングで、積分 形の信号レベルが、参照値より大きくなっ か否かを検出することができる。つまり、 準クロックの周期より小さい、第2遅延素子3 4の遅延量を時間分解能として、超過状態を 出することができる。

 またデジタル変換部30は、図4に示すよう 、複数の第1遅延素子32を更に有してもよい 複数の第1遅延素子32は、複数の第2遅延素子 34と一対一に対応して設けられる。それぞれ 検出回路36は、それぞれの第1遅延素子32の 延量は、同一であってよい。ただし、第1遅 素子32及び第2遅延素子34の遅延量は異なる

 それぞれの検出回路36は、対応する第2遅 素子34が出力するストローブ信号のタイミ グで、対応する第1遅延素子32が出力する遅 信号の論理値を検出する。本例では、各段 検出回路36に入力される、ストローブ信号及 び遅延信号との位相差は、第1遅延素子32及び 第2遅延素子34の遅延量の差分に応じて異なる 位相差になる。つまり、レベル比較部20が出 する信号波形を、第1遅延素子32及び第2遅延 素子34の遅延量の差分を時間分解能として、 ンプリングすることができる。

 第1遅延素子32及び第2遅延素子34の遅延量 差分は、第2遅延素子34が生成できる最も小 な遅延量より小さくすることができる。こ ため、上述したように、第2遅延素子34の遅 量を時間分解能とする場合に比べ、更に時 分解能を細かくすることができる。

 デジタル変換部30は、基準クロックのサ クル毎に、複数の検出回路36における検出結 果に応じたタイミング情報を出力する。タイ ミング情報は、例えばそれぞれの検出回路36 検出した論理値を、それぞれのビット値と た情報であってよい。つまり、検出回路36 N段設けられている場合、タイミング情報は Nビットの情報であってよい。タイミング情 報において、論理値が1を示すビット位置を 出することにより、超過状態となっている 間をNビットの分解能で検出することができ 。

 図5は、AD変換器100の動作の一例を示すタ ミングチャートを示す。本例では、被測定 号の信号レベルが略一定であり、積分波形 傾きが略一定である場合を用いて説明する 尚、ストローブ信号の間隔が、被測定信号 周期より十分小さい場合、ストローブ信号 1周期当たりにおける、被測定信号の信号レ ベルの変化は十分小さいので、所定の区間に おける被測定信号の信号レベルは略一定と扱 える。

 レベル比較部20は、積分波形が参照値よ 大きいか否かを示す論理値を出力する。デ タル変換部30は、基準クロックの各サイクル において、複数のストローブ信号を有するマ ルチストローブを生成する。尚、図5におい は、各マルチストローブを区別すべく、各 ルチストローブを交互に異なる行に示して る。

 また、デジタル変換部30は、それぞれの トローブ信号に応じて検出した論理値を、 準クロックのサイクル毎にタイミング情報 して出力してよい。例えば図5の第1サイクル のタイミング情報は「00000000」であり、第2サ イクルのタイミング情報は「00000111」であっ よい。

 タイミング発生部50は、デジタル変換部30 からのタイミング情報を、基準クロックのサ イクル毎に受け取る。受け取ったタイミング 情報において、論理値が0から1に遷移してい 場合、タイミング発生部50は、当該サイク より後のサイクルにおける基準クロックの ルスを、当該タイミング情報に応じて遅延 せたフィードバック信号を出力する。

 図5の例では、第2サイクルのタイミング 報で、論理値が0から1に遷移する。このとき 、タイミング発生部50は、例えば次の第3サイ クルにおける基準クロックのパルスを、当該 タイミング情報に応じて遅延させたフィード バック信号を出力する。タイミング発生部50 、論理値の遷移を検出したストローブ信号 、サイクル内における位相と、フィードバ ク信号の、サイクル内における位相とが略 一となるように、基準クロックを遅延させ よい。例えば図5に示すように、第2サイク の6番目のストローブ信号で論理値の遷移が 出された場合、タイミング発生部50は、基 クロックの第3サイクルのパルスを、第3サイ クルの6番目のストローブ信号のタイミング で遅延させてよい。

 レベル発生部60及びレベル演算部70は、フ ィードバック信号に応じて、積分波形の信号 レベルから、所定の信号レベルを減算する。 当該減算量は、レベル比較部20における参照 のレベルに応じて定められてよい。本例のA D変換器100は、フィードバックのタイミング 、超過状態となったタイミングより遅れて るので、フィードバックのタイミングで、 分波形の信号レベルから参照値を減じても 減じた後の積分波形の信号レベルが参照値 り大きい場合も考えられる。このため、レ ル発生部60及びレベル演算部70は、参照値よ 大きい値を、積分波形の信号レベルから減 してよい。当該減算値は、超過状態が継続 る期間(例えば、フィードバックのタイミン グの遅延量)に応じて定められてよい。

 アナログ信号の信号レベルAを、所定の期 間Tで積分した値A×Tと、当該期間において減 値Wを減算した回数Nの積W×Nがほぼ等しくな 。信号処理部80は、例えばW×N/Tから、当該 間におけるアナログ信号の信号レベルを、 ジタル値に変換することができる。

 このように、基準クロックの各パルスに して複数のストローブ信号を生成すること より、超過状態か否かを高い時間分解能で 出することができる。このため、デジタル 号を精度よく生成することができる。また 複数のストローブ信号に対して、一つのフ ードバック処理を行うので、フィードバッ 処理の動作速度を遅くすることができ、回 設計等を容易にすることができる。

 図6は、タイミング発生部50の構成の一例 示す図である。タイミング発生部50は、可 遅延回路52及び設定部54を有する。可変遅延 路52は、基準クロックを遅延させて出力す 。また、設定部54は、可変遅延回路52におけ 遅延時間を、タイミング情報に基づいて設 する。例えば設定部54は、基準クロックの イクル毎にタイミング情報を受け取り、そ ぞれのタイミング情報に基づいて、基準ク ックの次のサイクルに対する、可変遅延回 52の遅延量を設定してよい。また、設定部54 、タイミング情報において、論理値の遷移 検出されない場合、次のサイクルにおける 基準クロックのパルスを出力させないよう 、可変遅延回路52を制御してよい。

 また、設定部54は、フィードバック信号 より積分波形が発振しないように、可変遅 回路52に設定する遅延量に、所定のオフセッ ト値を加算してもよい。例えば、フィードバ ック信号がレベル演算部70に入力される周期 、アナログ信号の周期と異なる値となるよ に、所定のオフセット値を加算してよい。

 図7は、フィードバック部40の他の構成例 示す図である。本例のフィードバック部40 、図1に関連して説明したように、デジタル 換部30が超過状態を検出したタイミングに じた信号レベルを、動作周期内の予め定め れた一定のタイミングで、動作波形の信号 ベルから減じる。本例のフィードバック部40 は、多ビットDA変換部90を有する。

 多ビットDA変換部90は、デジタル変換部30 超過状態を検出したタイミングに応じた信 レベルを有するフィードバック信号を生成 る。また、多ビットDA変換部90は、制御周期 内における一定の制御タイミングで、フィー ドバック信号をレベル演算部70に供給する。

 図8は、図2に関連して説明したAD変換器100 の動作例を示すタイミングチャートである。 本例では、被測定信号の信号レベルが略一定 であり、積分波形の傾きが略一定である場合 を用いて説明する。

 デジタル変換部30の動作は、図3に関連し 説明したデジタル変換部30と同一である。 だし、図8の例では、デジタル変換部30は、 作周期のサイクルT1における4番目のサンプ ングタイミングを、積分波形の信号レベル 参照値より大きくなったタイミングとして 出する。

 多ビットDA変換部90は、デジタル変換部30 超過状態を検出したタイミングに応じた信 レベルを有するフィードバック信号を生成 る。例えば多ビットDA変換部90は、制御周期 内のそれぞれのサンプリングタイミングに応 じて、異なる信号レベルのフィードバック信 号を生成可能であってよい。

 また、多ビットDA変換部90は、制御周期内 における一定の制御タイミングで、フィード バック信号をレベル演算部70に供給する。例 ば多ビットDA変換部90は、制御周期の各サイ クルの開始タイミングに応じて、フィードバ ック信号をレベル演算部70に供給してよい。 例の多ビットDA変換部90は、デジタル変換部 30が超過状態を検出した制御周期のサイクルT 1に対して、所定のサイクル後のサイクルT3の 開始タイミングで、フィードバック信号を出 力する。

 このような動作により、AD変換器100の動 周期より細かい時間分解能で、超過状態の イミングを検出することができる。また、 ィードバック信号に、当該タイミングに応 た情報を持たせることができるので、AD変換 を高精度に行うことができる。

 また、本例のAD変換器100では、タイミン 発生部50を有さずともよいので、回路規模お よび消費電力を低減することができる。また 、多ビットDA変換部90において、デジタル変 部30が検出した時間情報を電圧情報に変換す るので、フィードバック部40、レベル演算部7 0、および、積分器10の周波数特性を緩和して も、精度よくデジタル信号を生成することが できる。

 図9(a)は、多ビットDA変換部90の構成例を す図である。本例の多ビットDA変換部90は、 数の抵抗91およびセレクタ92を有する。複数 の抵抗91は、正側電圧Vpおよび負側電圧Vnの間 に直列に設けられる。それぞれの抵抗91の抵 値は同一であってよい。

 セレクタ92は、それぞれの抵抗91の端部に おける電圧を受け取る。つまり、セレクタ92 、それぞれの抵抗91によって順次降圧され 、複数種類の電圧を受け取る。そして、セ クタ92は、デジタル変換部30から受け取るタ ミング情報に応じた電圧を選択して、当該 圧のフィードバック信号をレベル演算部70 供給する。

 図9(b)は、多ビットDA変換部90の他の構成 を示す図である。本例の多ビットDA変換部90 、電流制御部93、ソース側電流源94、シンク 側電流源95、および、コンデンサ96を有する ソース側電流源94は、設定される電流値のソ ース電流で、コンデンサ96を充電する。シン 側電流源95は、設定される電流値のシンク 流で、コンデンサ96を放電する。多ビットDA 換部90は、コンデンサ96の電圧に応じた信号 レベルのフィードバック信号を、レベル演算 部70に供給する。

 電流制御部93は、デジタル変換部30から受 け取るタイミング情報に応じて、ソース側電 流源94およびシンク側電流源95の電流値を設 する。例えば電流制御部93は、設定する電流 値で、動作周期の1サイクルの期間コンデン 96を充放電することで、コンデンサ96の電圧 タイミング情報に応じた電圧となるように それぞれの電流値を設定してよい。

 以上、本発明の一側面を実施の形態を用 て説明したが、本発明の技術的範囲は上記 施の形態に記載の範囲には限定されない。 記実施の形態に、多様な変更または改良を えることが可能であることが当業者に明ら である。その様な変更または改良を加えた 態も本発明の技術的範囲に含まれ得ること 、請求の範囲の記載から明らかである。

 以上説明した実施の形態によれば、デル シグマ方式のAD変換器において、サンプリ グ周波数を向上させることにより、より精 よくデジタル信号を生成することができる 例えば、ストローブ信号の間隔を10ピコ秒と した場合、毎秒100ギガサンプルで超過状態を 検出してフィードバックするAD変換器と同等 精度で、デジタル信号を生成することがで る。また、複数のサンプリング結果を用い 、一つのフィードバックを行うので、フィ ドバック処理の動作速度を遅くすることが きる。

 また、フィードバックに多ビットDA変換 を用いることで、回路規模および消費電力 低減することができる。また、多ビットDA変 換部において、時間情報を電圧情報に変換す るので、フィードバック部等の周波数特性を 緩和しても、精度よくデジタル信号を生成す ることができる。




 
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