[发明专利]A/D转换器

说明书

当采样电容器(Cs)的第一端子连接到节点(Ni)并且采样电容器的第二端子连接到模拟地时，对输入信号Vin进行采样。当采样电容器的第一端子连接到模拟地并且采样电容器的第二端子连接到运算放大器(9)的反相输入端子时，执行电荷转移操作。当运算放大器的输出被输入到量化器(4)时，执行量化。通过基于量化结果将电荷减法单元(6)减去在积分电容器(Cf1，Cf2)中累积的电荷的减法运算重复预定次数来生成最高有效位。在生成最高有效位之后，当通过放大与积分电容器中剩余电荷相对应的电压来提供的电压被输入到子A/D转换器(7)时，生成最低有效位。最高有效位和最低有效位之和作为输出信号(DOUT)输出。在生成最高有效位之后，与子A/D转换器(7)中的A/D转换并行地执行积分电容器的电荷的初始化、用于下一次A/D转换的电荷转移操作以及最高有效位的生成。

技术领域

本发明涉及一种用于将作为输入信号的模拟信号转换为数字值的A/D转换器。

背景技术

常规地，提出了各种A/D转换器。例如，JP 2017-50776A(专利文献1)公开了一种A/D转换器，该A/D转换器被配置为通过使用积分电容器对输入信号进行采样并根据比较器的输出从该积分电容器中循序地减去电荷来生成A/D转换结果。US 6,999,014(专利文献2)公开了一种通过模拟量化器来改变反馈量的增量Δ型A/D转换器。

在专利文献1中公开的配置中，不能输入超过放大器的操作范围的输入电压。出于这个原因，不允许将电源电压降低到输入电压以下，并且因此不能通过降低电压来加速处理。此外，在专利文献2中公开的配置中，在用在差分配置中时，除非输入信号的公共端子和转换器的公共端子不匹配，否则放大器的输入公共端子改变。处于这个原因，使得要输入的信号受到限制。因此，没有既实现高速处理又允许宽范围的输入信号的常规A/D转换器。

发明内容

本发明解决了上述问题，并且目的是提供一种能够实现加速处理并且扩宽输入电压范围的A/D转换器。

提供了根据本发明的A/D转换器以用于将作为输入信号的模拟信号转换为数字值，并且其包括采样电容器、积分器、量化器、电荷减法单元和子A/D转换器。积分器包括运算放大器和在该运算放大器的第一输入端子和输出端子之间提供的积分电容器。量化器输出通过对运算放大器的输出信号进行量化而提供的量化结果。电荷减法单元包括D/A转换器和DAC电容器，D/A转换器基于该量化结果来确定用于减去积分电容器的电荷的DAC电压，DAC电容器存储与该DAC电压相对应的电荷。子A/D转换器与量化器并联连接到运算放大器的输出端子，并在其输入级具有采样和保持结构。

具有上述配置的A/D转换器执行以下操作。即，当采样电容器的第一端子连接到模拟信号的输入节点，并且采样电容器的第二端子连接到A/D转换器中的模拟地时，对模拟信号进行采样。当采样电容器的第一端子连接到模拟地，并且采样电容器的第二端子连接到运算放大器的第一输入端子时，由此执行将电荷从采样电容器转移到积分电容器的电荷转移操作。通过将运算放大器的输出输入到量化器来执行量化。

通过重复减法运算来生成数字值的最高有效位，在该减法运算中，电荷减法单元基于量化结果减去积分电容器中累积的电荷预定次数。在生成最高有效位之后与积分电容器中剩余的电荷相对应的电压被放大并被输入到子A/D转换器，从而生成数字值的最低有效位。最高有效位和最低有效位之和作为数字值输出。在上述配置中，在生成所述最高有效位之后，与子A/D转换器中的A/D转换并行地初始化积分电容器的电荷，与下一次A/D转换相关的电荷转移操作以及生成最高有效位。

在这种情况下，采样电容器不与积分电容器共享，而是单独地提供积分电容器。因此，根据上述配置，可以以采样电容器和积分电容器之比来放大和衰减输入信号，并且可以实现宽的输入范围。在上述配置中，通过执行如上所述的操作，即流水线操作，提高了信号处理操作速度。因此，根据上述配置，可以提供优异的效果，可以实现处理的加速和输入范围的扩展。

附图说明