(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
変換対象のアナログ信号の振幅をランダム変数で変動させ、変動させたアナログ信号を、アンプを有するサンプルホールド回路によりデジタル信号に変換し、
変換後のデジタル信号に前記ランダム変数を乗算してその乗算信号を積算し、
当該積算結果を、前記変換対象のアナログ信号をデジタル信号に変換する際のエラー信号とし、
前記アンプのゲインを、前記エラー信号に基づき調整することを特徴とするサンプルホールド回路のキャリブレーション方法。
【請求項２】
前記変換対象のアナログ信号が予め設定したエラー積算領域内の値であるか否かを判定し、
前記変換対象のアナログ信号が前記エラー積算領域内の値でないと判定した場合は前記乗算信号を積算せず、前記変換対象のアナログ信号が前記エラー積算領域内の値であると判定したときにのみ、前記乗算信号を積算することを特徴とする請求項１に記載のサンプルホールド回路のキャリブレーション方法。
【請求項３】
前記変換対象のアナログ信号が前記エラー積算領域内の値であるか否かは、
前記変換対象のアナログ信号または当該変換対象のアナログ信号を変換したデジタル信号に基づき判定することを特徴とする
請求項２に記載のサンプルホールド回路のキャリブレーション方法。
【請求項４】
前記アナログ信号が前記エラー積算領域内の値ではないと判定された場合は、前回の積算結果を保持することを特徴とする請求項２または請求項３に記載のサンプルホールド回路のキャリブレーション方法。
【請求項５】
前記アンプはゲインアンプであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のサンプルホールド回路のキャリブレーション方法。
【請求項６】
前記サンプルホールド回路は、アンプを有する乗算型デジタルアナログコンバータを含み、
前記乗算型デジタルアナログコンバータに含まれるアンプのゲインを、前記エラー信号に基づき調整することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のサンプルホールド回路のキャリブレーション方法。
【請求項７】
前記サンプルホールド回路に含まれるアンプのうちのメインアンプのゲインを、前記エラー信号に基づき調整することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のサンプルホールド回路のキャリブレーション方法。
【請求項８】
変換対象のアナログ信号の振幅をランダム変数で変動させるランダム変動部と、
前記ランダム変動部により振幅が変動されたアナログ信号をサンプルホールド回路でデジタル信号に変換した変換結果に前記ランダム変数を乗算する乗算部と、
前記乗算部での乗算結果を積算する積算部と、
調整部と、
を備え、
前記サンプルホールド回路はアンプを有し、
前記調整部は、前記積算部の積算結果を前記サンプルホールド回路でのエラー信号として、前記アンプのゲインを前記積算結果に基づき調整することを特徴とするキャリブレーション装置。
【請求項９】
前記積算部は、
前記変換対象のアナログ信号が、予め設定したエラー積算領域内の値であるか否かを判定し、前記アナログ信号が前記エラー領域内の値でないと判定された場合は前記乗算部での乗算結果を積算せず、前記アナログ信号が前記エラー積算領域内の値であると判定された場合にのみ前記乗算部での乗算結果を積算することを特徴とする請求項８に記載のキャリブレーション装置。
【請求項１０】
前記アンプは、ゲインアンプであることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載のキャリブレーション装置。
【請求項１１】
前記サンプルホールド回路は、アンプを有する乗算型デジタルアナログコンバータを含み、
前記調整部は、前記乗算型デジタルアナログコンバータに含まれるアンプのゲインを、前記エラー信号に基づき調整することを特徴とする請求項８又は請求項９に記載のキャリブレーション装置。
【請求項１２】
前記調整部は、前記サンプルホールド回路に含まれるアンプのうちのメインアンプのゲインを、前記エラー信号に基づき調整することを特徴とする請求項８又は請求項９に記載のキャリブレーション装置。
【請求項１３】
請求項８から請求項１２のいずれか１項に記載のキャリブレーション装置を有することを特徴とするサンプルホールド回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サンプルホールド回路のキャリブレーションに関し、より詳細には、オペアンプによる増幅を利用して入力信号を出力変換するための回路（例えば、パイプライン型Ａ／Ｄ変換器やΔΣＡ／Ｄ変換器など、また、それらに含まれるサンプルホールド回路やＭｕｌｔｉｐｌｅ  ＤＡＣ（ＭＤＡＣ：乗算型デジタルアナログコンバータ）など）のキャリブレーション方法、キャリブレーション装置、およびサンプルホールド回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
サンプルホールド回路の一例としてパイプライン型Ａ／Ｄ変換器が挙げられる。このパイプライン型Ａ／Ｄ変換器１０として、例えば図１６に示す回路が知られている（例えば特許文献１参照）。
図１６は、パイプライン型Ａ／Ｄ変換器１０の一例を示す概略構成図である。
このパイプライン型Ａ／Ｄ変換器１０は、図１６に示すように、Ｓｔａｇｅ１からＳｔａｇｅＮまで、Ｎ段の単位ブロック１００（１）〜１００（Ｎ）が縦続接続されてなる。
【０００３】
各単位ブロック１００（１）〜１００（Ｎ）は同一構成を有するので、ここでは、ＳｔａｇｅＩ（単位ブロック１００（Ｉ））の構成について説明する。
図１６に示すように、ＳｔａｇｅＩは、ＳＳＨ（サブサンプルホールド）回路１０１と、ＳＡＤＣ（サブＡＤコンバータ）回路１０２と、ＤＡＣ（Ｄ／Ａコンバータ）回路１０３と、加算器１０４と、を含んで構成される。
【０００４】
ＳｔａｇｅＩのＳＳＨ回路１０１は、前段の単位ブロックＳｔａｇｅＩ−１から出力されるアナログ出力信号ＲｅｓｉｄｕｅＩ−１を取り込む。
ＳＡＤＣ回路１０２はＳＳＨ回路１０１で取り込んだアナログ出力信号ＲｅｓｉｄｕｅＩ−１をデジタル信号ＤｉｇｉｔａｌＩにＡ／Ｄ変換するものである。このデジタル信号ＤｉｇｉｔａｌＩは、ＳｔａｇｅＩの出力信号（ＤｉｇｉｔａｌＩ）として出力される。なお、このＳＡＤＣ回路１０２から出力されるデジタル信号ＤｉｇｉｔａｌＩは、各Ｓｔａｇｅ１〜ＳｔａｇｅＮのＳＡＤＣ回路１０２から出力されるデジタル信号ＤｉｇｉｔａｌＩとともに、所定の規則で足し合わされ、その結果がＡ／Ｄ変換の結果を表すデジタル出力信号として出力される。
【０００５】
ＤＡＣ回路１０３はＳＡＤＣ回路１０２からのデジタル信号ＤｉｇｉｔａｌＩに対応するアナログ信号を生成し、加算器１０４に出力する。
加算器１０４はＳＳＨ回路１０１で取り込んだアナログ信号からＤＡＣ回路１０３で生成されたアナログ信号を差し引き、その減算結果であるアナログ信号を、残余信号であるＲｅｓｉｄｕｅＩとして次段の単位ブロックＳｔａｇｅＩ＋１に出力するようになっている。この際、加算器１０４で差し引いて得た残余信号としてのアナログ信号（ＲｅｓｉｄｕｅＩ）を、所定倍に増幅することで、次段の単位ブロックＳｔａｇｅＩ＋１の要求精度を上げずに、同一の単位ブロック（Ｓｔａｇｅ）構成によりＡ／Ｄ変換することが可能となり、高精度のＡ／Ｄ変換を実現する。
【０００６】
ところで、一般的にＳＳＨ回路１０１、ＤＡＣ回路１０３および加算器１０４は、一つのオペアンプと容量ＣＡＰとの組み合わせで構成される。このオペアンプと容量ＣＡＰとを組み合わせて構成される回路を、Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ＤＡＣ（ＭＤＡＣ：乗算型デジタルアナログコンバータ）１０５と呼ぶ。
図１７は、ＭＤＡＣ１０５の一例を示す概略構成図である。
【０００７】
図１７において、（ａ）は、サンプルフェーズ（ＳａｍｐｌｉｎｇＰｈａｓｅ）における回路構成を示し、（ｂ）は、ホールドフェーズ（ＨｏｌｄｉｎｇＰｈａｓｅ）における回路構成を示す。ＭＤＡＣ１０５は、変換クロック信号ＣＬＫに応じて図示しないスイッチなどを切り替えることによって、サンプルフェーズには図１７（ａ）の回路を実現し、ホールドフェーズには図１７（ｂ）の回路を実現する。なお、図１７（ａ）中のＣｓＩの変数Ｉは、ＳｔａｇｅＩを構成するＣｓであることを意味する。
【０００８】
図１７に示すように、ＭＤＡＣ１０５は、同じ大きさの単位容量が並列に組み合わされてなるサンプリングキャパシタＣｓＩと、オペアンプからなるＭＤＡＣ−ＡＭＰ１１とＭＤＡＣ−ＡＭＰ１１の入力端に存在する寄生容量Ｃｐとから構成される。ＭＤＡＣ１０５は、入力される変換クロック信号ＣＬＫに応じてサンプルフェーズ（図１７（ａ））およびホールドフェーズ（図１７（ｂ））を交互に実現するように動作する。
【０００９】
サンプルフェーズ（図１７（ａ））では、前段の単位ブロックＳｔａｇｅＩ−１のアナログ出力信号ＲｅｓｉｄｕｅＩ−１をサンプリングキャパシタＣｓＩに充電する。すなわち、サンプリングキャパシタＣｓＩの一端にアナログ出力信号ＲｅｓｉｄｕｅＩ−１を入力し、他端は、ＭＤＡＣ−ＡＭＰ１１の反転入力端子に接続する。このとき、ＭＤＡＣ−ＡＭＰ１１の入力端および出力端はグランドレベルにショートしておく。寄生容量Ｃｐも同様にグランドレベルにショートされることになる。
【００１０】
一方、ホールドフェーズ（図１７（ｂ））ではＭＤＡＣ−ＡＭＰ１１の出力端と反転入力端とを容量Ｃｆを介して接続する。また、容量Ｃｒは、図１６のＳＡＤＣ回路１０２から出力されたデジタル信号ＤｉｇｉｔａｌＩに応じて、容量Ｃｒを構成する複数の単位容量それぞれを、「＋Ｖｒ」、「０」、「−Ｖｒ」のいずれかに接続する。すなわち、容量Ｃｒの一端は「＋Ｖｒ」、「０」、「−Ｖｒ」のいずれかに接続し、他端はＭＤＡＣ−ＡＭＰ１１の反転入力端に接続する。前記容量Ｃｆおよび容量Ｃｒはそれぞれ前記サンプリングキャパシタＣｓＩを構成する複数の単位容量のうちの一部で構成される。すなわちサンプリングキャパシタＣｓＩは、ホールドフェーズでは、サンプリングキャパシタＣｓＩを構成する単位容量の一部がＭＤＡＣ−ＡＭＰ１１の出力端および反転入力端間を接続する容量Ｃｆとして用いられ、残りの単位容量が容量Ｃｒとして用いられる。なお、ここでは、サンプリングキャパシタＣｓＩを構成する複数の単位容量の一部を、容量Ｃｆおよび容量Ｃｒとして用いる場合について説明したがこれに限定されるものではない。例えば、サンプリングキャパシタＣｓＩを構成する複数の単位容量をそのまま容量Ｃｒとして用い、容量Ｃｆは別途設けるように構成してもよい。
【００１１】
ＭＤＡＣ−ＡＭＰ１１の出力は、次段の単位ブロックＳｔａｇｅＩ＋１を構成するＭＤＡＣ１０５のサンプリングキャパシタＣｓＩ＋１に接続され、ＳｔａｇｅＩのＭＤＡＣ−ＡＭＰ１１の出力が、アナログ出力信号ＲｅｓｉｄｕｅＩとして、次段のサンプリングキャパシタＣｓＩ＋１に出力される。また、ＭＤＡＣ−ＡＭＰ１１の非反転入力端はグランドレベルに維持される。
【００１２】
このとき、ＭＤＡＣ−ＡＭＰ１１のＤＣ（直流）ゲインを「ａ０」とすると、ＭＤＡＣ−ＡＭＰ１１の反転入力端の電圧Ｖａは、ＭＤＡＣ−ＡＭＰ１１の出力端の電圧Ｖｏｕｔを用いて、次式（１）で表すことができる。
Ｖａ＝−（１／ａ０）×Ｖｏｕｔ          ……（１）
【００１３】
例えば、容量Ｃｒを構成する単位容量につながる電圧が全て零の場合、サンプルフェーズとホールドフェーズとにおける容量に蓄えられた電荷保存則から次式（２）が成り立つ。
ＣｓＩ×Ｖｉｎ
＝Ｃｆ（Ｖｏｕｔ−Ｖａ）＋Ｃｒ（０−Ｖａ）＋Ｃｐ（０−Ｖａ）      ……（２）
前記（１）および（２）式から、ホールドフェーズにおける、ＭＤＡＣ−ＡＭＰ１１の出力ＲｅｓｉｄｕｅＩすなわち、ＭＤＡＣ１０５の出力Ｖｏｕｔは、次式（３）で表すことができる。
Ｖｏｕｔ
＝（ＣｓＩ／Ｃｆ）×｛１／（１＋１／（ａ０×ｆ））｝×Ｖｉｎ
……（３）
【００１４】
ここで、（３）式中の、「ａ０」は前述のようにＭＤＡＣ−ＡＭＰ１１のＤＣ（直流）ゲインを表す。また、「ｆ」は、ＭＤＡＣ−ＡＭＰ１１のフィードバックファクタと呼ばれ、各容量Ｃｒ、Ｃｆ、Ｃｐを用いて、次式（４）で表すことができる。
ｆ＝Ｃｆ／（Ｃｒ＋Ｃｆ＋Ｃｐ）          ……（４）
式（３）で表される伝達関数において、入出力特性が理想的な場合には、式（３）は次式（５）と表すことができる。
Ｖｏｕｔ＝（ＣｓＩ／Ｃｆ）×Ｖｉｎ          ……（５）
（３）および（５）式から、理想的な入出力特性を得るためには、ＭＤＡＣ−ＡＭＰ１１のＤＣＧａｉｎ「ａ０」は無限大まで大きい必要があることがわかる。
【００１５】
実際には、ＤＣＧａｉｎ「ａ０」は必要な精度に応じて大きくすることになる。
一般的にＡＭＰのＤＣＧａｉｎを上げるためには多段化やカスコード化する必要がある。そのため、良好な安定性を保つことが難しくなったり出力振幅に制限を受けたりすることが問題となる。
この問題を解決するため、ＤＣＧａｉｎ「ａ０」を大きくしなくても高いゲイン特性を有するＭＡＤＣ−ＡＭＰ１１を得る方法として、Ｓｕｍｍｉｎｇ  Ｐｏｉｎｔ  Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ（以下、ＳＰＭという。）という手法が考案されている。
【００１６】
図１８は、図１６の乗算型ＤＡ変換器の具体的回路の一例である。
図１８（ａ）および（ｂ）は、ＳＰＭを実現するための具体的な回路の一例であって、（ａ）はサンプルフェーズにおける回路構成、（ｂ）はホールドフェーズにおける回路構成である。
この回路は、図１８（ｂ）のＭＤＡＣ−ＡＭＰ１１のサミングポイントＰｓｕｍをＧａｉｎ−ＡＭＰ１２で取り出すことにより、ＭＤＡＣ−ＡＭＰ１１で発生するエラーを補正する。
【００１７】
図１８（ｃ）は、ＳＰＭを実現するための具体的な回路の別の一例である（例えば、非特許文献１参照）。
この回路は、容量Ｃｅ１でサンプリングした後に、容量Ｃｅ２で転送する離散型ＳＣ（switched capacitor）回路である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開２０１２−６０５１９号公報
【非特許文献】
【００１９】
【非特許文献１】「Ａ  １６−ｂｉｔ  ２５０−ＭＳ／ｓ  ＩＦ  Ｓａｍｐｌｉｎｇ  Ｐｉｐｅｌｉｎｅｄ  ＡＤＣ  Ｗｉｔｈ  Ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ  Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ」，ＩＥＥＥ  ＪＯＵＲＮＡＬ  ＯＦ  ＳＯＬＩＤ−ＳＴＡＴＥ  ＣＩＲＣＵＩＴＳ，ＶＯＬ．４５，ＮＯ．１２，ＤＥＣＥＭＢＥＲ  ２０１０，ｐ．２６０２−ｐ．２６１２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかしながら、このように、新たな容量を追加すると、この新たに追加した容量が起因となるノイズによりＡＤＣ全体の特性が劣化するという問題がある。
また、ＭＤＡＣ−ＡＭＰ１１のＤＣＧａｉｎ「ａ０」が低い場合であってもＭＤＡＣ−ＡＭＰ１１を高いゲイン特性に保つためには、例えば図１８のような構成の場合には、Ｇａｉｎ−ＡＭＰ１２が精度の良いゲイン特性を有する必要がある。しかしながら、実際には動作環境や製造工程時のばらつきによりそのような高い精度は実現できないという問題がある。
【００２１】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、ＤＡ変換用アンプのゲイン特性が比較的低いサンプルホールド回路において、より高いゲイン特性を実現することの可能なサンプルホールド回路のキャリブレーション方法、キャリブレーション装置、およびサンプルホールド回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明の一態様は、変換対象のアナログ信号の振幅をランダム変数で変動させ、変動させたアナログ信号を、アンプを有するサンプルホールド回路によりデジタル信号に変換し、変換後のデジタル信号に前記ランダム変数を乗算してその乗算信号を積算し、当該積算結果を、前記変換対象のアナログ信号をデジタル信号に変換する際のエラー信号とし、前記アンプのゲインを、前記エラー信号に基づき調整することを特徴とするサンプルホールド回路のキャリブレーション方法、である。
【００２３】
なお、ここでいうランダム変数とは、０を基準に、プラス方向およびマイナス方向にある値だけ変動させた値であって、ランダム変数の平均値が零となる値である。
なお、上記アナログ信号の振幅をランダム変数で変動させる代わりに例えばＡ／Ｄ変換器のように閾値を有するサンプルホールド回路の場合はサンプルホールド回路が有する閾値をランダム変数で変動させてもよい。
【００２４】
前記変換対象のアナログ信号が予め設定したエラー積算領域内の値であるか否かを判定し、前記変換対象のアナログ信号が前記エラー積算領域内の値でないと判定した場合は前記乗算信号を積算せず、前記変換対象のアナログ信号が前記エラー積算領域内の値であると判定したときにのみ、前記乗算信号を積算するようになっていてよい。
前記変換対象のアナログ信号が前記エラー積算領域内の値であるか否かは、前記変換対象のアナログ信号または当該変換対象のアナログ信号を変換したデジタル信号に基づき判定するようになっていてよい。
【００２５】
前記アナログ信号が前記エラー積算領域内の値ではないと判定された場合は、前回の積算結果を保持するようになっていてよい。
前記アンプはゲインアンプであってよい。
【００２６】
前記サンプルホールド回路は、アンプを有する乗算型デジタルアナログコンバータを含み、前記乗算型デジタルアナログコンバータに含まれるアンプのゲインを、前記エラー信号に基づき調整するようになっていてよい。
前記サンプルホールド回路に含まれるアンプのうちのメインアンプのゲインを、前記エラー信号に基づき調整するようになっていてよい。
【００２７】
本発明の他の態様は、変換対象のアナログ信号の振幅をランダム変数で変動させるランダム変動部（例えば図５に示す、パイプライン型Ａ／Ｄ変換器１）と、前記ランダム変動部により振幅が変動されたアナログ信号をサンプルホールド回路（例えば図５に示す、パイプライン型Ａ／Ｄ変換器１）でデジタル信号に変換した変換結果に前記ランダム変数を乗算する乗算部（例えば図５に示す、乗算器３５）と、前記乗算部での乗算結果を積算する積算部（例えば図５に示す、アキュームレータ２１）と、調整部（例えば図５に示す、アップダウンカウンタ２２およびＤＡＣ２３）と、を備え、前記サンプルホールド回路はアンプを有し、前記調整部は、前記積算部の積算結果を前記サンプルホールド回路でのエラー信号として、前記アンプのゲインを前記積算結果に基づき調整することを特徴とするキャリブレーション装置、である。
【００２８】
前記積算部は、前記変換対象のアナログ信号が、予め設定したエラー積算領域内の値であるか否かを判定し、前記アナログ信号が前記エラー領域内の値でないと判定された場合は前記乗算部での乗算結果を積算せず、前記アナログ信号が前記エラー積算領域内の値であると判定された場合にのみ前記乗算部での乗算結果を積算するようになっていてよい。
【００２９】
前記アンプは、ゲインアンプ（例えば図２に示す、Ｇａｉｎ−ＡＭＰ１２）であってよい。
前記サンプルホールド回路は、アンプを有する乗算型デジタルアナログコンバータ（例えば図１に示す、ＭＤＡＣ１１０）を含み、前記調整部は、前記乗算型デジタルアナログコンバータに含まれるアンプのゲイン（例えば図２に示す、ＭＤＡＣ−ＡＭＰ１１）を、前記エラー信号に基づき調整するようになっていてよい。
【００３０】
前記調整部は、前記サンプルホールド回路に含まれるアンプのうちのメインアンプのゲインを、前記エラー信号に基づき調整するようになっていてよい。
本発明の他の態様は、上記いずれかの態様に記載のキャリブレーション装置を有することを特徴とするサンプルホールド回路、である。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の一態様によれば、ＤＡ変換用アンプのゲイン特性が低い場合であっても、より精度よくアナログデジタル変換を行うことができ、また容量を新たに追加することなく実現することができるため、ノイズの増加を抑制することができる。また、比較的簡易な構成でゲインアンプを実現することができるため、消費電力を低減することができるとともに、ＤＡ変換用アンプのゲイン特性を低く抑えることができ、すなわちＤＡ変換用アンプも簡単な構成とすることができるため、電源電圧を小さくすることができ、その分消費電力を抑制することができる。
【００３２】
また、サミングポイントを取り出す回路を、単純な構成のＧａｉｎ−ＡＭＰで実現した場合であっても、動作環境や製造工程時のばらつきによらず精度の良いゲインが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】パイプライン型Ａ／Ｄ変換器の一例を示す概略構成図である。
【図２】ＳＰＭを用いた乗算型ＤＡ変換器の一例を示す概念図である。
【図３】Ｇａｉｎ−ＡＭＰの一例を示す概念図である。
【図４】Ｇａｉｎ−ＡＭＰのその他の例を示す概念図である。
【図５】キャリブレーション装置の一例を示す概略構成図である。
【図６】キャリブレーション装置のその他の例を示す概略構成図である。
【図７】キャリブレーション装置の一例を示す詳細な構成図である。
【図８】ＳＡＤＣのＡＤＣの一部を模式的に示す図である。
【図９】ランダム信号を加算しない場合のＳＡＤＣの伝達関数（入出力特性）を示す図である。
【図１０】２．５ＢｉｔのＭＤＡＣである場合の、Ｓｔａｇｅ１のＳＡＤＣのＡＤＣの一部を模式的に示す図である。
【図１１】ランダム信号を加算する場合のＳＡＤＣの伝達関数（入出力特性）を示す図である。
【図１２】（ａ）は、ＳＡＤＣのコンパレータにＯｆｆｓｅｔがない理想的な場合の、Ｓｔａｇｅ１およびＳｔａｇｅ２の伝達関数（入出力特性）を示す図である。（ｂ）は、ＳＡＤＣのコンパレータにＯｆｆｓｅｔがある場合の、Ｓｔａｇｅ１およびＳｔａｇｅ２の伝達関数（入出力特性）を示す図である。
【図１３】キャリブレーション装置のその他の例を示す詳細な構成図である。
【図１４】ランダム信号を加算する時のＳＡＤＣ１０２の入力信号および伝達関数（入出力特性）を示す図である。
【図１５】キャリブレーション装置のその他の例を示す詳細な構成図である。
【図１６】パイプライン型Ａ／Ｄ変換器の一例を示す概略構成図である。
【図１７】乗算型ＤＡ変換器の一例を示す概略構成図である。
【図１８】乗算型ＤＡ変換器の具体的回路の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明におけるサンプルホールド回路のキャリブレーション方法を適用したパイプライン型Ａ／Ｄ変換器１の一例を示す概念図である。
パイプライン型Ａ／Ｄ変換器１は、図１６に示したパイプライン型Ａ／Ｄ変換器１０と比較して、ＭＤＡＣ１０５の代わりに、ＭＤＡＣ１１０を備えるところが異なる。なお、図１６に示したパイプライン型Ａ／Ｄ変換器１０と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００３５】
次に、ＳＰＭの概念を説明する。
図２は、ＳＰＭを用いたＭＤＡＣ１１０の一例を示す概略構成図である。
ＳＰＭは、図２に示すように、通常のＤＡＣに対してサミングポイント（Ｓｕｍｍｉｎｇ  Ｐｏｉｎｔ：加算点）Ｐｓｕｍと呼ばれるＭＤＡＣ−ＡＭＰ１１の入力端の電圧ＶａをモニタするためのゲインアンプであるＧａｉｎ−ＡＭＰ１２を使用する点に特徴がある。
【００３６】
このＧａｉｎ−ＡＭＰ１２は、サンプルフェーズにおいては入出力端がグランドレベルにショートされ、ホールドフェーズでは入力端がサミングポイントＰｓｕｍに接続され、出力端は、次段の単位ブロックＳｔａｇｅＩ＋１を構成するＭＤＡＣ１１０のサンプリングキャパシタＣｓＩ＋１に接続される。つまり、サンプルフェーズ（図２（ａ）およびホールドフェーズ（図２（ｂ）を交互に繰り返すことにより、サミングポイントＰｓｕｍの電圧ＶａをＧａｉｎ−ＡＭＰ１２で増幅した信号、すなわち（１／ｆ′）×Ｖａを次段のサンプリングキャパシタＣｓＩ＋１で蓄積する。
【００３７】
この図２に示すＳＰＭにおけるＭＤＡＣ−ＡＭＰ１１の出力Ｖｏｕｔ（ＭＤＡＣ）は、Ｇａｉｎ−ＡＭＰ１２をもたない図１７に示すＭＤＡＣ１０５におけるＭＤＡＣ−ＡＭＰ１１の出力Ｖｏｕｔと同一となるため、前記（３）式から次式（６）で表すことができる。
Ｖｏｕｔ（ＭＤＡＣ）
＝（ＣｓＩ／Ｃｆ）×｛１／（１＋１／（ａ０×ｆ））｝×Ｖｉｎ
……（６）
【００３８】
一方で、Ｇａｉｎ−ＡＭＰ１２の出力Ｖｏｕｔ（ＳＰＭ）は、このＧａｉｎ−ＡＭＰ１２のゲインを１／ｆ′とすると、次式（７）で表すことができる。
Ｖｏｕｔ（ＳＰＭ）
＝（１／ｆ′）×Ｖａ
＝−１／（ａ０×ｆ′）×Ｖｏｕｔ（ＭＤＡＣ）          ……（７）
【００３９】
図２に示すＳＰＭにおいて、ＭＤＡＣ−ＡＭＰ１１の出力Ｖｏｕｔ（ＭＤＡＣ）とＧａｉｎ−ＡＭＰ１２の出力Ｖｏｕｔ（ＳＰＭ）との差が、この単位ブロックＳｔａｇｅＩのトータルの出力となるため、単位ブロックＳｔａｇｅＩの出力Ｖｏｕｔは、次式（８）で表すことができる。
Ｖｏｕｔ
＝Ｖｏｕｔ（ＭＤＡＣ）−Ｖｏｕｔ（ＳＰＭ）
＝Ｖｏｕｔ（ＭＤＡＣ）＋１／（ａ０×ｆ′）×Ｖｏｕｔ（ＭＤＡＣ）
＝（ＣｓＩ／Ｃｆ）×｛１／（１＋１／（ａ０×ｆ））｝
×｛１＋１／（ａ０×ｆ′）｝×Ｖｉｎ      ……（８）
ここで、「ｆ′」が「ｆ」に等しいときには、（８）式は次式（９）と表すことができる。
Ｖｏｕｔ＝（ＣｓＩ／Ｃｆ）×Ｖｉｎ          ……（９）
式（９）から、ＳＰＭにおける単位ブロックＳｔａｇｅＩの出力Ｖｏｕｔは、ＭＤＡＣ−ＡＭＰ１１のＤＣＧａｉｎ「ａ０」によらないことがわかる。すなわち、ＤＣＧａｉｎ「ａ０」が低い場合であっても高いゲイン特性を保つことが可能となる。
【００４０】
（Ｇａｉｎ−ＡＭＰ１２の概念図）
図３は、本発明におけるパイプライン型Ａ／Ｄ変換器１（図１）を構成するＧａｉｎ−ＡＭＰ１２の一例を示す概念図である。
本発明におけるパイプライン型Ａ／Ｄ変換器１は、Ｓｔａｇｅ１（１００（１））については、ＭＤＡＣとして、図２に示すＭＤＡＣ１１０を搭載し、且つそのＧａｉｎ−ＡＭＰ１２として、図３に示すＧａｉｎ−ＡＭＰを用いている。Ｓｔａｇｅ２（１００（２））〜ＳｔａｇｅＮ（１００（Ｎ））については、図１７に示す、Ｇａｉｎ−ＡＭＰ１２を持たないＭＤＡＣを搭載している。
【００４１】
つまり、パイプライン型Ａ／Ｄ変換器１では、Ｓｔａｇｅ１（１００（１））が最も高いＤＣＧａｉｎ「ａ０」を要求される。そのため、本実施形態では、Ｓｔａｇｅ１（１００（１））についてのみ、ＭＤＡＣとして図２に示すＭＤＡＣ１１０を搭載し、且つそのＧａｉｎ−ＡＭＰ１２として図３に示すＧａｉｎ−ＡＭＰを用いている。これに限るものではなく、全てのＳｔａｇｅ１（１００（１））〜ＳｔａｇｅＮ（１００（Ｎ））またはいずれか複数のＳｔａｇｅについて、ＭＤＡＣとして図２に示すＭＤＡＣ１１０を搭載し、且つそのＧａｉｎ−ＡＭＰ１２として図３に示すＧａｉｎ−ＡＭＰを用いることも可能である。
【００４２】
なお、前記各図では、説明を簡略化するためにシングルエンド回路で構成した場合について説明したが、図３では全差動回路で構成した場合について説明する。
本発明におけるＧａｉｎ−ＡＭＰ１２は、図３に示すように、サミングポイントＰｓｕｍに接続される、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタで構成される、差動のＭＯＳトランジスタＭｘ１およびＭｘ２を有し、出力に接続するＭＯＳトランジスタＭｙ１およびＭｙ２と、電流値可変の電流源Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３と、を含んで構成される非離散型の、ゲイン調整可能なゲインアンプであり、キャップレスのゲインアンプである。ここでいう、非離散型のゲインアンプとは、スイッチング動作なく連続的に入力信号を出力に増幅するアンプのことをいう。
【００４３】
なお、ＭＯＳトランジスタＭｘ１、Ｍｘ２、Ｍｙ１およびＭｙ２は同一機能構成を有するＭＯＳトランジスタで構成される。
すなわち、Ｇａｉｎ−ＡＭＰ１２は、図３に示すように、直列に接続されたＭＯＳトランジスタＭｙ２およびＭｘ２と、直列に接続されたＭＯＳトランジスタＭｙ１およびＭｘ１とが電源ＶＤＤおよび接地ＧＮＤ間に並列に接続され、さらに、ＭＯＳトランジスタＭｘ１およびＭｘ２と接地ＧＮＤ間に、電流源Ｉ３が介挿されている。
【００４４】
また、ＭＯＳトランジスタＭｙ１およびＭｘ１の接続点がＧａｉｎ−ＡＭＰ１２の一方の出力端Ｐｏｕｔとなり、さらにＭＯＳトランジスタＭｙ１と並列に電流源Ｉ１が接続される。同様に、ＭＯＳトランジスタＭｙ２およびＭｘ２の接続点がＧａｉｎ−ＡＭＰ１２の他方の出力端Ｎｏｕｔとなり、さらにＭＯＳトランジスタＭｙ２と並列に電流源Ｉ２が接続される。
【００４５】
そして、ＭＯＳトランジスタＭｘ２のゲートが、Ｇａｉｎ−ＡＭＰ１２の一方の入力端Ｐｉｎに接続され、ＭＯＳトランジスタＭｘ１のゲートが、Ｇａｉｎ−ＡＭＰ１２の他方の入力端Ｎｉｎに接続される。これら入力端Ｐｉｎ／Ｎｉｎは、図２におけるＧａｉｎ−ＡＭＰ１２の入力端に該当しサミングポイントＰｓｕｍに接続される。
また、ＭＯＳトランジスタＭｙ１およびＭｙ２のゲートは、それぞれＭＯＳトランジスタが飽和領域に入るのに十分な固定電圧Ｖｂ１、Ｖｂ２に接続される。
【００４６】
さらに、出力端ＰｏｕｔおよびＮｏｕｔは、図２におけるＧａｉｎ−ＡＭＰ１２の出力端に該当し、次段のサンプリングキャパシタＣｓＩ＋１に接続される。
図３に示すＧａｉｎ−ＡＭＰ１２のゲインは、ＭＯＳトランジスタＭｘ１およびＭｘ２の相互コンダクタンスをそれぞれｇｍｘ、ＭＯＳトランジスタＭｙ１およびＭｙ２の相互コンダクタンスをそれぞれｇｍｙとすると、次式（１０）で表すことができる。
１／ｆ′＝ｇｍｘ／ｇｍｙ          ……（１０）
【００４７】
Ｇａｉｎ−ＡＭＰ１２のＭＯＳトランジスタＭｘ１、Ｍｘ２、Ｍｙ１、Ｍｙ２は全て同種のＭＯＳトランジスタで構成されており同一機能構成を有する。そのため、Ｇａｉｎ−ＡＭＰ１２の特性が、プロセスのばらつきの影響を受けにくいことに特徴がある。なお、電流源Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３はそれぞれＭＯＳトランジスタで構成することもできる。また、電流源Ｉ３をＭＯＳトランジスタで構成すると、電源ＶＤＤの電源電圧から接地ＧＮＤまで３つのＭＯＳトランジスタで接続される単純な増幅器が構成されるため、入出力振幅に電源電圧やＭＯＳトランジスタの動作点などの制限をうけにくいという効果も有する。
【００４８】
ここで、一般的にＭＯＳトランジスタの相互コンダクタンスｇｍは、ＭＯＳトランジスタのサイズをＷ／Ｌ（ＷはＭＯＳトランジスタのゲート幅、ＬはＭＯＳトランジスタのゲート長）、ＭＯＳトランジスタに流れる電流をｉとすると、次式（１１）で表すことができる。なお、（１１）式中のＫは、プロセスに依存した定数である。
ｇｍ＝２×｛Ｋ×（Ｗ／Ｌ）×ｉ｝1/2          ……（１１）
【００４９】
すなわち、ＭＯＳトランジスタの相互コンダクタンスｇｍの値は、ＭＯＳトランジスタに流れる電流ｉの１／２乗に対して比例関係にある。このことから電流源Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３の電流値を細かく調整することにより、相互コンダクタンスｇｍの値を変化させることで、Ｇａｉｎ−ＡＭＰ１２のゲイン１／ｆ′を変化させることが可能となることがわかる。
【００５０】
（Ｇａｉｎ−ＡＭＰ１２のその他の例の概念図）
なお、上記実施形態では、Ｇａｉｎ−ＡＭＰ１２を、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタで構成した場合について説明したが、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタで構成することも可能である。
図４は、本発明におけるＧａｉｎ−ＡＭＰ１２のその他の例を示す概念図である。
図４に示すＧａｉｎ−ＡＭＰ１２は、サミングポイントＰｓｕｍに接続され、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタで構成される、差動のＭＯＳトランジスタＭｘ１およびＭｘ２と、出力に接続するＭＯＳトランジスタＭｙ１およびＭｙ２と、電流値可変の電流源Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３と、を含んで構成する。なお、ＭＯＳトランジスタＭｘ１、Ｍｘ２、Ｍｙ１およびＭｙ２は同一機能構成を有するＰチャネル型ＭＯＳトランジスタで構成される。
【００５１】
すなわち、Ｇａｉｎ−ＡＭＰ１２は、図４に示すように、直列に接続されたＭＯＳトランジスタＭｘ２およびＭｙ２と、直列に接続されたＭＯＳトランジスタＭｘ１およびＭｙ１とが電源ＶＤＤおよび接地ＧＮＤ間に並列に接続され、さらに、ＭＯＳトランジスタＭｘ１およびＭｘ２と電源ＶＤＤとの間に、電流源Ｉ３が介挿されている。
また、ＭＯＳトランジスタＭｘ１およびＭｙ１の接続点がＧａｉｎ−ＡＭＰ１２の一方の出力端Ｐｏｕｔとなり、さらにＭＯＳトランジスタＭｙ１と並列に電流源Ｉ１が接続される。同様に、ＭＯＳトランジスタＭｘ２およびＭｙ２の接続点がＧａｉｎ−ＡＭＰ１２の他方の出力端Ｎｏｕｔとなり、さらにＭＯＳトランジスタＭｙ２と並列に電流源Ｉ２が接続される。
【００５２】
そして、ＭＯＳトランジスタＭｘ２のゲートが、Ｇａｉｎ−ＡＭＰ１２の一方の入力端Ｐｉｎに接続され、ＭＯＳトランジスタＭｘ１のゲートが、Ｇａｉｎ−ＡＭＰ１２の他方の入力端Ｎｉｎに接続される。
これら入力端Ｐｉｎ／Ｎｉｎは、図２におけるＧａｉｎ−ＡＭＰ１２の入力端に該当しサミングポイントＰｓｕｍに接続される。
【００５３】
また、ＭＯＳトランジスタＭｙ１およびＭｙ２のゲートは、それぞれＭＯＳトランジスタが飽和領域に入るのに十分な固定電圧Ｖｂ３、Ｖｂ４に接続される。
さらに、出力端ＰｏｕｔおよびＮｏｕｔは、図２におけるＧａｉｎ−ＡＭＰ１２の出力端に該当し次段のサンプリングキャパシタＣｓＩ＋１に接続される。
以上の構成とすることによって、Ｇａｉｎ−ＡＭＰ１２をＮチャネル型ＭＯＳトランジスタで構成した場合と同等の作用効果を得ることができる。
なお、図３、図４において、電流源Ｉ１〜Ｉ３は、それぞれＭＯＳトランジスタで構成することも可能である。
【００５４】
（キャリブレーション装置の一例）
図５は、図３に示すＧａｉｎ−ＡＭＰ１２を有するＭＤＡＣ１１０を備えたパイプライン型Ａ／Ｄ変換器１における、Ｇａｉｎ−ＡＭＰ１２のゲイン１／ｆ′の調整を行う回路、すなわち、パイプライン型Ａ／Ｄ変換器１のゲイン調整を行なう、キャリブレーション装置の一例を示す概略構成図である。図５に示すキャリブレーション装置は、ランダム信号を入力信号Ｖｉｎに加算してキャリブレーションを行なうものである。このように、ランダム信号を入力信号Ｖｉｎに加算してキャリブレーションを行なう方式を、ランダム信号加算方式という。
【００５５】
図５に示す、ランダム信号加算方式によるキャリブレーション装置において、パイプライン型Ａ／Ｄ変換器１は、前述のように、図１に示すパイプライン型Ａ／Ｄ変換器１を構成するＭＡＤＣ１１０においてＳｔａｇｅ１では、ＭＡＤＣ１１０として図２に示すＭＤＡＣを搭載し、そのＧａｉｎ−ＡＭＰ１２として図３に示す単純な構成のＧａｉｎ−ＡＭＰを用いている。
【００５６】
図３においてＧａｉｎ−ＡＭＰ１２のゲイン「１／ｆ′」がＭＤＡＣ１１のフィードバックファクタの逆数「１／ｆ」と異なっており、そのため、パイプライン型Ａ／Ｄ変換器１の入出力特性が非線形であるとすると、この場合の入出力特性は、次式（１２）に示すように仮定することができる。
Ｖｏｕｔ（ＡＤＣ）＝（１−α）×Ｖｉｎ（ＡＤＣ）          ……（１２）
（１２）式中のαはＧａｉｎ−ＡＭＰ１２のゲイン「１／ｆ′」とＭＤＡＣ１１０のフィードバックファクタの逆数「１／ｆ」を使って以下の通り表すことができる。
α＝Ｃｆ／Ｃｓ×（１／ａ０）×（１／ｆ−１／ｆ′）          ……（１３）
【００５７】
ここで、「１」か「−１」からなるランダム変数ＰＮを、ある電圧Ｖｃａｌに乗じた信号ＰＮ×Ｖｃａｌを入力信号Ｖｉｎに加算し、加算したアナログ信号Ｖｉｎ（ＡＤＣ）をパイプライン型Ａ／Ｄ変換器１に入力する。電圧Ｖｃａｌは、例えば必要な入力振幅や補正にかかる時間に基づいて設定すればよい。
【００５８】
なお、ここでは、ランダム変数ＰＮを、「１」か「−１」としているが、これに限定されるものではなく、０を基準に、プラス方向およびマイナス方向にある値だけ変動させた値であって、ランダム変数の平均値が零となる値であればよい。
パイプライン型Ａ／Ｄ変換器１を通してアナログデジタル変換された後、パイプライン型Ａ／Ｄ変換器１から出力されるアナログ信号Ｖｉｎ（ＡＤＣ）相当のデジタル信号Ｖｏｕｔ（ＡＤＣ）から、入力信号Ｖｉｎに加算したアナログ信号ＰＮ×Ｖｃａｌ相当のデジタル信号を差し引くと、差し引いた結果、すなわち、出力Ｖｏｕｔは次式（１３）で表すことができる。
Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎ−α×（Ｖｉｎ＋ＰＮ×Ｖｃａｌ）          ……（１４）
【００５９】
ここで、入力信号Ｖｉｎに加算したアナログ信号ＰＮ×Ｖｃａｌを演算する際に用いたランダム変数ＰＮを、（１３）式で表される出力Ｖｏｕｔに乗じると、前述のように、ランダム変数ＰＮは「１」または「−１」であってＰＮ×ＰＮ＝１であるため、次式（１５）で表すことができる。
ＰＮ×Ｖｏｕｔ
＝ＰＮ×Ｖｉｎ（１−α）−αＶｃａｌ          ……（１５）
入力信号Ｖｉｎにランダム変数ＰＮを乗じたＰＮ×Ｖｉｎは、長期的に平均化してみると、零となるため、結局、（１５）式は、（１６）式と表すことができる。
ＰＮ×Ｖｏｕｔ＝−αＶｃａｌ          ……（１６）
【００６０】
ここで、アキュームレータ（ａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒ）２１と、長期的に信号ＰＮ×Ｖｏｕｔ（＝−α×Ｖｃａｌ＝Ｖｅｒｒ）を検出するアップダウンカウンタ（ｕｐ／ｄｎ  ｃｏｕｎｔｅｒ）２２と、ＤＡＣ（Ｄ／Ａコンバータ）２３と、を使って、Ｖｅｒｒ（エラー信号）がゼロになるように、パイプライン型Ａ／Ｄ変換器１を構成する各ＭＤＡＣ１１０のＧａｉｎ−ＡＭＰ１２のゲインを調整する。
【００６１】
すなわち、アキュームレータ２１では、入力したエラー信号Ｖｅｒｒを積算し、アップダウンカウンタ２２では、積算値がゼロより小さい時、式（１３）から１／ｆ′が１／ｆより大きいとみなすことができるのでＧａｉｎ−ＡＭＰ１２のゲインを小さくする指令信号を出力する。逆にアキュームレータ２１での積算値がゼロより大きい時、式（１３）から１／ｆ′が１／ｆより小さいとみなすことができるのでＧａｉｎ−ＡＭＰ１２のゲインを大きくする指令信号を出力する。ＤＡＣ２３では、アップダウンカウンタ２２の指令信号に応じて電流源Ｉ１〜Ｉ３の電流値を調整する。例えば、１／ｆ′を低下させる場合には、電流源Ｉ１、Ｉ２およびＩ３の電流量を減少させ、ＭＯＳトランジスタＭｘ１およびＭｘ２の相互コンダクタンスｇｍｘを減少させることにより１／ｆ′を低下させる。逆に、電流源Ｉ１、Ｉ２およびＩ３の電流量を増加させ、ＭＯＳトランジスタＭｘ１およびＭｘ２の相互コンダクタンスｇｍｘを増加させることにより１／ｆ′を増加させる。
【００６２】
以上のようにＧａｉｎ−ＡＭＰ１２のゲインを調整すると、α＝０となる。
したがって、α＝０を、（１４）式に代入すると、（１４）式はＶｏｕｔ＝Ｖｉｎとなる。すなわち、入力信号Ｖｉｎを理想的にアナログデジタル変換したことと等価になる。
なお、図５に示す、ランダム信号加算方式によるキャリブレーション装置において、３１は、図示しないランダム信号発生回路などで発生されるランダム変数ＰＮと、予め設定された電圧Ｖｃａｌとを乗算する演算器、３２は、パイプライン型Ａ／Ｄ変換器１への入力信号Ｖｉｎと、乗算器３１の演算結果ＰＮ×Ｖｃａｌとを加算し加算結果Ｖｉｎ′をパイプライン型Ａ／Ｄ変換器１に出力する加算器、３３は、前記ランダム信号発生回路などで発生されるランダム変数ＰＮの負値（−ＰＮ）と予め設定された電圧Ｖｃａｌと乗算する乗算器、３４は、乗算器３３の演算結果（−ＰＮ×Ｖｃａｌ）とパイプライン型Ａ／Ｄ変換器１の出力Ｖｏｕｔ（ＡＤＣ）とを加算し、出力Ｖｏｕｔとして出力する加算器、３５は、前記ランダム信号発生回路などで発生されるランダム変数ＰＮと加算器３４から出力される出力Ｖｏｕｔとを乗算する乗算器である。
【００６３】
また、図５のキャリブレーション装置においては、Ｇａｉｎ−ＡＭＰ１２のゲインを調整したが、これに限るものではなく、例えば、図２のＭＤＡＣ−ＡＭＰ１１のゲインを調整しても良い。この場合には、Ｇａｉｎ−ＡＭＰ１２のゲイン調整を行なう場合と同様の手順でＭＤＡＣ−ＡＭＰ１１のゲインを調整すればよい。
以上説明したように、図５に示す、ランダム信号加算方式によるキャリブレーション装置を用いることによって、パイプライン型Ａ／Ｄ変換器１では、新たに容量を追加することなく、正確なアナログデジタル変換を行うことができ、また、ＭＤＡＣ−ＡＭＰ１１のＤＣｇａｉｎ「ａ０」が低くても、正確なアナログデジタル変換を行うことができる。したがって、ノイズの増加を抑制しつつ、精度のよいアナログデジタル変換を実現することができる。
【００６４】
また、例えば、図１８のＳＰＭを実現する乗算型ＤＡ変換器の回路のように、ＭＤＡＣ−ＡＭＰ１１の出力をフィードバックすることによりゲインを調整してＧａｉｎ−ＡＭＰ１２のゲイン「１／ｆ′」を作る方法に比較して、本実施形態におけるＧａｉｎ−ＡＭＰ１２は図３に示すように、回路構成が単純である。そのため、消費電力を小さく抑えることができる。
【００６５】
また、ＭＤＡＣ−ＡＭＰ１１のＤＣｇａｉｎ「ａ０」が比較的小さい場合であっても的確にアナログデジタル変換を行うことができるため、ＭＤＡＣ−ＡＭＰ１１のＤＣｇａｉｎ「ａ０」を小さく抑えることができる。そのため、ＭＤＡＣ−ＡＭＰ１１の構成も単純な構成にすることができ、すなわち、電源電圧を小さくすることができるため、さらに消費電力を抑えることも可能である。
【００６６】
なお、図５のキャリブレーション装置では、パイプライン型Ａ／Ｄ変換器１のＳｔａｇｅ１に含まれる、ＭＤＡＣ１１０のＧａｉｎ−ＡＭＰ１２を調整する場合について説明したが、パイプライン型Ａ／Ｄ変換器１のその他のＳｔａｇｅも、Ｇａｉｎ−ＡＭＰ１２を有するＭＤＡＣ１１０を含む場合には、各Ｓｔａｇｅにおいて各Ｇａｉｎ−ＡＭＰ１２のゲインを調整するようにしてもよく、また、Ｇａｉｎ−ＡＭＰ１２を含むか含まないかに関係なく、各Ｓｔａｇｅに含まれるＭＤＡＣ−ＡＭＰ１１のゲインを調整するようにしてもよい。
【００６７】
（キャリブレーション装置のその他の例）
図６は、図３に示すＧａｉｎ−ＡＭＰ１２を備えたパイプライン型Ａ／Ｄ変換器１における、Ｇａｉｎ−ＡＭＰ１２のゲイン１／ｆ′の調整を行うキャリブレーション装置のその他の例を示す概略構成図である。
【００６８】
この図６に示すキャリブレーション装置は、パイプライン型Ａ／Ｄ変換器１に含まれるＳＡＤＣ１０２の閾値を変動させることによりキャリブレーションを行なうものである。このように、ＳＡＤＣ１０２の閾値を変動させてキャリブレーションを行なう方式を、閾値変動方式という。
この閾値変動方式によるキャリブレーション装置では、図６に示すように、図５に示すキャリブレーション装置で有していた乗算器３１および３３、加算器３２および３４は不要である。
【００６９】
図５に示す、ランダム信号加算方式によるキャリブレーション装置の場合、入力信号に無関係のランダム信号を加算してからＡＤ変換するため、出力信号から加算したランダム信号相当の信号を減算する必要がある。これに対し、図６に示す閾値変動方式によるキャリブレーション装置の場合、ＳＡＤＣ１０２の閾値を変動させるだけであって、ランダム信号を加算していないためこのランダム信号を減算する部分は不要となる。
【００７０】
つまり、閾値変動方式によるキャリブレーション装置は、図６に示すように、バイプライン型Ａ／Ｄ変換器１から出力される出力Ｖｏｕｔとランダム変数ＰＮとを乗算する乗算器３５と、乗算器３５の出力を加算するアキュームレータ（ａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒ）２１と、長期的に信号ＰＮ×Ｖｏｕｔ（＝−α×Ｖｃａｌ＝Ｖｅｒｒ）を検出するアップダウンカウンタ（ｕｐ／ｄｎ  ｃｏｕｎｔｅｒ）２２と、ＤＡＣ（Ｄ／Ａコンバータ）２３と、を備え、ＤＡＣ２３の出力を使って、エラー信号Ｖｅｒｒ（エラー信号）がゼロになるように、パイプライン型Ａ／Ｄ変換器１を構成する各ＭＤＡＣ１１０のＧａｉｎ−ＡＭＰ１２のゲインを調整する。
【００７１】
図３においてＧａｉｎ−ＡＭＰ１２のゲイン「１／ｆ′」がＭＤＡＣ１１のフィードバックファクタの逆数「１／ｆ」と異なっており、そのため、パイプライン型Ａ／Ｄ変換器１の入出力特性が非線形であるとすると、この場合の入出力特性は、次式（１７）に示すように仮定することができる。
Ｖｏｕｔ＝（１−α）×Ｖｉｎ          ……（１７）
（１７）式中のαはＧａｉｎ−ＡＭＰ１２のゲイン「１／ｆ′」とＭＤＡＣ１１０のフィードバックファクタの逆数「１／ｆ」とを使って次式（１８）の通り表すことができる。
α＝Ｃｆ／Ｃｓ×（１／ａ０）×（１／ｆ−１／ｆ′）          ……（１８）
【００７２】
ここで、「１」か「−１」からなるランダム変数ＰＮを、ある電圧Ｖｃａｌに乗じた信号ＰＮ×ＶｃａｌをＳＡＤＣ１０２内のＡＤＣの出力に加算する。電圧Ｖｃａｌは、例えば必要な入力振幅や補正にかかる時間に基づいて設定すればよい。
パイプライン型Ａ／Ｄ変換器１を通してアナログデジタル変換された後、パイプライン型Ａ／Ｄ変換器１から出力されるアナログ信号Ｖｉｎ相当のデジタル信号Ｖｏｕｔは次式（１９）で表すことができる。
Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎ−α×（Ｖｉｎ＋ＰＮ×Ｖｃａｌ）
＝（１−α）Ｖｉｎ−α（ＰＮ×Ｖｃａｌ）        ……（１９）
【００７３】
ここで、ランダム変数ＰＮを、（１９）式で表される出力Ｖｏｕｔに乗じると、前述のように、ランダム変数ＰＮは「１」または「−１」であってＰＮ×ＰＮ＝１であるため、次式（２０）で表すことができる。
ＰＮ×Ｖｏｕｔ
＝ＰＮ×Ｖｉｎ（１−α）−αＶｃａｌ          ……（２０）
入力信号Ｖｉｎにランダム変数ＰＮを乗じたＰＮ×Ｖｉｎは、長期的に平均化してみると、零となるため、結局、（２０）式は、（２１）式と表すことができる。
ＰＮ×Ｖｏｕｔ＝−αＶｃａｌ          ……（２１）
【００７４】
ここで、アキュームレータ２１と、アップダウンカウンタ２２と、ＤＡＣ（Ｄ／Ａコンバータ）２３と、を使って、Ｖｅｒｒ（エラー信号）がゼロになるように、パイプライン型Ａ／Ｄ変換器１に含まれるＭＤＡＣ１１０のＧａｉｎ−ＡＭＰ１２のゲインを調整する。
すなわち、アキュームレータ２１では入力したエラー信号Ｖｅｒｒを積算し、アップダウンカウンタ２２では積算値がゼロより小さい時、１／ｆ′が１／ｆより大きいとみなすことができるのでＧａｉｎ−ＡＭＰ１２のゲインを小さくする指令信号を出力する。逆にアキュームレータ２１での積算値がゼロより大きい時、１／ｆ′が１／ｆより小さいとみなすことができるのでＧａｉｎ−ＡＭＰ１２のゲインを大きくする指令信号を出力する。ＤＡＣ２３では、アップダウンカウンタ２２の指令信号に応じて電流源Ｉ１〜Ｉ３の電流値を調整する。例えば、１／ｆ′を低下させる場合には、電流源Ｉ１、Ｉ２およびＩ３の電流量を減少させ、ＭＯＳトランジスタＭｘ１およびＭｘ２の相互コンダクタンスｇｍｘを減少させることにより１／ｆ′を低下させる。逆に、電流源Ｉ１、Ｉ２およびＩ３の電流量を増加させ、ＭＯＳトランジスタＭｘ１およびＭｘ２の相互コンダクタンスｇｍｘを増加させることにより１／ｆ′を増加させる。
【００７５】
以上のようにＧａｉｎ−ＡＭＰ１２のゲインを調整すると、α＝０となる。
したがって、α＝０を、（１９）式に代入すると、（１９）式はＶｏｕｔ＝Ｖｉｎとなる。すなわち、入力信号Ｖｉｎを理想的にアナログデジタル変換したことと等価になる。
なお、図６においては、Ｇａｉｎ−ＡＭＰ１２のゲインを調整したが、これに限るものではなく、例えば、図２のＭＤＡＣ−ＡＭＰ１１のゲインを、上記と同様の手順で調整するようにしても良い。
【００７６】
また、この場合も、パイプライン型Ａ／Ｄ変換器１が、Ｓｔａｇｅ１だけではなく、その他のＳｔａｇｅも、Ｇａｉｎ−ＡＭＰ１２を有するＭＤＡＣ１１０を含む場合には、各Ｓｔａｇｅにおいて各Ｇａｉｎ−ＡＭＰ１２のゲインを調整するようにしてもよく、また、Ｇａｉｎ−ＡＭＰ１２を含むか含まないかに関係なく、各Ｓｔａｇｅに含まれるＭＤＡＣ−ＡＭＰ１１のゲインを調整するようにしてもよい。
【００７７】
（閾値変動方式によるキャリブレーション装置の一例を示す詳細な構成図）
図７は、図６で説明したＳＡＤＣ１０２の閾値を変動させるキャリブレーション方法を用いて調整を行なう閾値変動方式によるキャリブレーション装置の詳細を示したものであり、Ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ  Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎを行う場合の、キャリブレーション装置の一例を示すブロック図である。
【００７８】
図７に示すように、パイプライン型Ａ／Ｄ変換器１は、Ｓｔａｇｅ１（単位ブロック１００（１））を含むステージ部４１と、Ｓｔａｇｅ（Ｓｔａｇｅ２からＳｔａｇｅＮまでの単位ブロック１００（２）〜１００（Ｎ））を含むＢａｃｋｅｎｄ  ＡＤＣ４２と、を備える。
ステージ部４１は、ＭＤＡＣ１１０と、ＳＡＤＣ１０２と、を含んで構成される。
【００７９】
ＳＡＤＣ１０２は、入力信号Ｖｉｎが入力されるＡＤＣ１０２ａとＤＡＣ１０２ｂとを含んで構成され、さらに、電圧Ｖｃａｌとランダム変数ＰＮとを乗算する乗算器１０２ｃと、ＡＤＣ１０２ａの出力と乗算器１０２ｃの出力とを加算する演算器１０２ｄと、を備える。
そして、図７に示すキャリブレーション装置は、前述のように、ＳＡＤＣ１０２の閾値を変動させ入出力関数を変動させてキャリブレーションを行なう。
【００８０】
なお、ＭＤＡＣ１１０は、前述の図２に示すＭＤＡＣ１１０と同一構成を有する。
また、Ｂａｃｋｅｎｄ  ＡＤＣ４２から出力される出力Ｖｏｕｔとランダム変数ＰＮとを乗算器３５で乗算し、演算器４３での演算結果をエラー信号Ｖｅｒｒとして、エラー信号Ｖｅｒｒをアキュームレータ２１で積算し、アップダウンカウンタ２２では、積算値がゼロより小さいか、すなわち、１／ｆ′が１／ｆより大きいとみなすことができるかに応じて指令信号をＤＡＣ２３に出力し、ＤＡＣ２３では、アップダウンカウンタ２２の指令信号に応じてＧａｉｎ−ＡＭＰ１２の電流源Ｉ１〜Ｉ３の電流値を調整する。
【００８１】
ここで、ＳＡＤＣ１０２の閾値を変動させてキャリブレーションを行なう手法は、Ｄｉｔｈｅｒ信号を挿入するための容量（ＣＡＰ）を追加しないため、Ｆｅｅｄｂａｃｋ  Ｇａｉｎを高く取れるというメリットがある。
また、この方式は入力信号にＤｉｔｈｅｒ信号を重畳した信号を長周期的に積算するとゼロになることを前提としてＡＤ変換により発生するエラーを取り出し、これをＦｅｅｄｂａｃｋして最適値を探索する。
【００８２】
なお、図７においては、Ｇａｉｎ−ＡＭＰ１２のゲインを調整しているが、これに限るものではなく、例えば、ＭＤＡＣ−ＡＭＰ１１のゲインを調整するものでも良いし、さらにサンプリングキャパシタＣｓＩの容量値を調整するものでも良い。
【００８３】
（従来技術との比較）
次に、本実施形態のように、入力信号Ｖｉｎにランダム信号を加算すること、或いは、ＳＡＤＣ１０２の閾値を変動させることにより、パイプライン型Ａ／Ｄ変換器１のゲイン調整を行なう方法と、従来技術との相違を明確にするため、従来のランダム信号を用いずに、ゲイン調整を行なう場合について説明する。
【００８４】
図８は、ＭＤＡＣ１１０が２．５ＢｉｔのＭＤＡＣである場合の、Ｓｔａｇｅ１のＳＡＤＣ１０２に含まれるＡＤＣ１０２ａの一部を模式的に示す図である。
従来のＳＡＤＣは、図８に示すように、コンパレータ１５１〜１５６を備えている。
コンパレータ１５１〜１５６は、入力信号Ｖｉｎと基準電圧（５／８）・Ｖｒ、（３／８）・Ｖｒ、（１／８）・Ｖｒ、（−１／８）・Ｖｒ、（−３／８）・Ｖｒ、（−５／８）・Ｖｒとをそれぞれ比較する。なお、Ｖｒは、入力信号Ｖｉｎの最大入力レンジである。
【００８５】
図９は、ランダム信号を加算しない従来のＳＡＤＣの伝達関数（入出力特性）を示す図である。図９において、横軸は入力、縦軸は出力である。また、図９中の「△」で指し示す値は、ランダム信号を加算しないＳＡＤＣの閾値を表す。
図９に示すように、ランダム信号を加算しないＳＡＤＣの場合、比較する基準電圧の値が変わらないので、入力信号に対して伝達関数が適応された出力信号が出力される。
【００８６】
次に、本実施形態のようにＳＡＤＣ１０２においてランダム信号を加算する場合について説明する。
図１０は、ＭＤＡＣ１１０が２．５ＢｉｔのＭＤＡＣである場合の、Ｓｔａｇｅ１のＳＡＤＣ１０２に含まれるＡＤＣの一部を模式的に示す図である。
ＳＡＤＣ１０２は、コンパレータ１６１〜１６８を備えている。
【００８７】
コンパレータ１６１〜１６８は、ランダム信号によって比較する電圧を入れ替える。すなわち、ランダム変数ＰＮ＝１のときは、入力信号Ｖｉｎと基準電圧（１５／１６）・Ｖｒ、（１１／１６）・Ｖｒ、（７／１６）・Ｖｒ、（３／１６）・Ｖｒ、（−１／１６）・Ｖｒ、（−５／１６）・Ｖｒ、（−９／１６）・Ｖｒ、（−１３／１６）・Ｖｒとをそれぞれ比較する。一方、ランダム変数ＰＮ＝−１のときは、入力信号Ｖｉｎと基準電圧（１３／１６）・Ｖｒ、（９／１６）・Ｖｒ、（５／１６）・Ｖｒ、（１／１６）・Ｖｒ、（−３／１６）・Ｖｒ、（−７／１６）・Ｖｒ、（−１１／１６）・Ｖｒ、（−１５／１６）・Ｖｒとをそれぞれ比較する。なお、Ｖｒは、入力信号Ｖｉｎの最大入力レンジである。
【００８８】
図１１は、ランダム変数ＰＮを加算する、本実施形態におけるＳＡＤＣ１０２の伝達関数（入出力特性）を示す図である。図１１において、横軸はＳＡＤＣ１０２への入力を表し、縦軸は出力を表す。また、図１１中の「△」で指し示す値は、ランダム変数ＰＮを加算するＳＡＤＣ１０２の閾値を表す。
図１１では、ランダム変数ＰＮ＝１を加算する時のＳＡＤＣ１０２の伝達関数（入出力特性）と、ランダム変数ＰＮ＝−１を加算する時のＳＡＤＣ１０２の伝達関数（入出力特性）とを併記している。
【００８９】
入力側からみて例１のような入力信号が入ってきたところでは、ランダム変数ＰＮの値によって出力信号が変わる。例えばＰＮ＝１の場合、ランダム変数ＰＮ＝１を加算する時のＳＡＤＣ１０２の伝達関数が適応され、例１の入力信号は例１に応じた出力信号（ＰＮ＝１）となる。ＰＮ＝−１の場合、ランダム変数ＰＮ＝−１を加算する時のＳＡＤＣ１０２の伝達関数が適応され、例１の入力信号は例１に応じた出力信号（ＰＮ＝−１）となる。その結果、図１１に示すように、ランダム変数ＰＮにより出力結果が変動することになる。
【００９０】
この場合、ランダム変数ＰＮによって同じ入力でも出力が変わるため、長期的に加算していくと、結果としてエラー成分が残る。
一方、入力側からみて例２のような入力信号が入ってきたところでは、ランダム変数ＰＮによって出力信号は変わらない。例えばＰＮ＝１の場合、ランダム変数ＰＮ＝１を加算する時のＳＡＤＣ１０２の伝達関数が適応され、ＰＮ＝−１の場合、ランダム変数ＰＮ＝−１を加算する時のＳＡＤＣ１０２の伝達関数が適応されるが、両者の伝達関数は同じなので、例２の入力信号は例２に応じた出力信号（ＰＮ＝１／−１）となる。
【００９１】
この場合、ランダム変数ＰＮが変動しても出力がいつも同じであるため、長期的に加算しても相殺されてエラーが残らない。
ところで、エラーが積算されていようがいまいが、アキュームレータ２１では全ての出力信号についてこれらを積算している。
そこで、本発明者は、この点に鑑み、キャリブレーション時間を短縮化するためには、アキュームレータ２１の積算時間を効率化すればよいことを見出し、前述のように、入力信号Ｖｉｎによって、乗算器３５でのエラー信号が零となる場合とならない場合とが存在することから、このエラー信号が零とならないときの入力信号Ｖｉｎの取り得る領域をエラー積算領域とし、入力信号Ｖｉｎがエラー積算領域内の値であるかどうかを判定し効率的なＡｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎを行う手法を提案する。
【００９２】
本実施形態では、例えば図７に示す後段のＢａｃｋｅｎｄ  ＡＤＣ４２を利用することで入力信号Ｖｉｎを、エラー信号が積算される領域（時間）と、エラー信号が積算されない領域（時間）とに区別し、エラー信号が積算される領域の値、つまり、エラー積算領域内の値であるときにのみ、エラー信号をアキュームレータ２１で積算する。
アキュームレータ２１は、入力信号Ｖｉｎが、エラー信号が積算されない領域（時間）の値である場合には、単に前回の積算結果を保持しても良いし、前回の積算結果に「０」を足しても良いし、または、アキュームレータ２１の両端をバイパスしてもよい。
【００９３】
図１２（ａ）は、図１０に示す、ランダム変数ＰＮを加算するＳＡＤＣ１０２のコンパレータ１６１〜１６８にＯｆｆｓｅｔがない理想的な場合の、Ｓｔａｇｅ１およびＳｔａｇｅ２の伝達関数（入出力特性）を示す図である。Ｓｔａｇｅ１の伝達関数を示す図（図１２（ａ）の左側の図）において、横軸はＳＡＤＣ１０２への入力を表し、縦軸は出力を表し、横軸の「△」が指し示す値は、Ｓｔａｇｅ１のＳＡＤＣ１０２の閾値を表す。
【００９４】
Ｓｔａｇｅ２の伝達関数を示す図（図１２（ａ）の右側の図）において、横軸は、Ｓｔａｇｅ２のＳＡＤＣ１０２の出力を表し、縦軸は、Ｓｔａｇｅ２のＳＡＤＣ１０２の入力を表し、縦軸の「△」が指し示す値は、Ｓｔａｇｅ２のＳＡＤＣ１０２の閾値を表す。
図１２（ａ）において、ランダム変数ＰＮの影響を受けない領域はＳｔａｇｅ２入力（＝Ｓｔａｇｅ１出力）の（−１／４）・Ｖｒ〜（１／４）・Ｖｒに該当する。図示しない判定回路は、この領域をエラー積算している領域（時間）を判定し、エラー積算している領域（時間）としていない領域（時間）とを区別することで、エラー積算している領域のみアキュームレータ２１で積算する。
【００９５】
このように、エラーが積算される領域のみ積算するので、エラー積算にとって不要な入力信号を極力積算しなくてすむようになり、相対的に必要なエラー信号の積算比率が高くなる。つまり、積算した信号のうち、エラー成分の比率が高まるので相対的に積算時間が短くてもエラー成分を取り出しやすくなる。
ここで、Ｓｔａｇｅ２入力（＝Ｓｔａｇｅ１出力）が（−１／４）・Ｖｒ〜（１／４）・Ｖｒとなるのは、図１２（ａ）に示すように、Ｓｔａｇｅ２に入力される入力信号が複数に分割されてなる各Ｓｅｇｍｅｎｔにおいて、セグメントＳｅｇ．３とセグメントＳｅｇ．２の中で出力が０以上の時、セグメントＳｅｇ．４の中で出力が０以下の時である。
【００９６】
出力が０以上あるいは０以下というのは、後段のＢａｃｋｅｎｄ  ＡＤＣ４２のＡＤ変換結果から判別することができ、これらに該当する場合はアキュームレータ２１で積算しない。このように、判定には新たな判定回路を追加するのではなく後段のＢａｃｋｅｎｄ  ＡＤＣ４２におけるＡＤ変換結果を利用することができる。
図１２（ｂ）は、ＳＡＤＣ１０２のコンパレータにＯｆｆｓｅｔがある場合の、Ｓｔａｇｅ１およびＳｔａｇｅ２の伝達関数（入出力特性）を示す図である。Ｓｔａｇｅ１の伝達関数を示す図（図１２（ｂ）の左側の図）において、横軸はＳＡＤＣ１０２への入力を表し、縦軸は出力を表し、横軸の「△」が指し示す値は、Ｓｔａｇｅ１のＳＡＤＣ１０２の閾値を表す。また、Ｓｔａｇｅ２の伝達関数を示す図（図１２（ｂ）の右側の図）において、横軸は、Ｓｔａｇｅ２のＳＡＤＣ１０２の出力を表し、縦軸は、Ｓｔａｇｅ２のＳＡＤＣ１０２の入力を表し、縦軸の「△」が指し示す値は、Ｓｔａｇｅ２のＳＡＤＣ１０２の閾値を表す。
【００９７】
図１２（ｂ）に示すように、ＳＡＤＣ１０２のコンパレータ１６１〜１６８にＯｆｆｓｅｔがある場合は、積算すべき領域は後段のＢａｃｋｅｎｄ  ＡＤＣ４２にとって広がる。このことからＳＡＤＣ１０２のコンパレータのＯｆｆｓｅｔも加味したうえで、エラー信号を積算しない領域を決めるとよい。例えば、Ｏｆｆｓｅｔが（１／３２）・Ｖｒであると仮定するとエラー信号を積算しない領域は後段のＢａｃｋｅｎｄ  ＡＤＣ４２にとって全体の１／８になりその分の時間短縮効果が見込まれる。
（ランダム信号加算方式によるキャリブレーション装置の一例を示す詳細な構成図）
この図１３は、図５で説明した入力信号にランダム信号を加算する、ランダム信号加算方式によるキャリブレーション装置の一例を示す詳細な構成図である。
【００９８】
図１３に示す、ランダム信号加算方式によるキャリブレーション装置は、図７に示す閾値変動方式によるキャリブレーション装置と比較して、乗算器３１および３３、加算器３４、さらにランダム信号を加算するための加算器３２としての容量を備えるところが異なる。なお、図７に示したキャリブレーション装置と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００９９】
図１３に示すように、パイプライン型Ａ／Ｄ変換器１は、Ｓｔａｇｅ１（単位ブロック１００（１））を含むステージ部５１と、Ｓｔａｇｅ２からＳｔａｇｅＮまでの単位ブロック（１００（２）〜１００（Ｎ））を含むＢａｃｋｅｎｄ  ＡＤＣ５２と、を備える。
ステージ部５１は、ＭＤＡＣ１１０と、ＳＡＤＣ１０２′と、を含んで構成される。
ＳＡＤＣ１０２′は、入力信号Ｖｉｎが入力されるＡＤＣ１０２ａとＤＡＣ１０２ｂとを含むとともに、電圧Ｖｃａｌとランダム変数ＰＮとを乗算する乗算器３１と、乗算器３１の乗算結果を、入力信号Ｖｉｎに加算するための加算器３２としての容量と、を含んで構成される。
【０１００】
そして、図１３に示すキャリブレーション装置は、入力信号Ｖｉｎにランダム信号を加算し、入力信号Ｖｉｎの振幅を変動させてキャリブレーションを行なう。
なお、ＭＤＡＣ１１０は、前述の図２に示すＭＤＡＣ１１０と同一構成を有する。
また、電圧Ｖｃａｌとランダム変数「−ＰＮ」とを乗算する乗算器３３での演算結果に、Ｂａｃｋｅｎｄ  ＡＤＣ５２から出力される出力Ｖｏｕｔ（ＡＤＣ）を加算器３４により加算し、加算結果とランダム変数ＰＮとを乗算器３５で乗算する。この乗算器３５での演算結果をエラー信号Ｖｅｒｒとして、エラー信号Ｖｅｒｒをアキュームレータ２１で積算し、アップダウンカウンタ２２では、積算値がゼロより小さいか、すなわち、１／ｆ′が１／ｆより大きいとみなすことができるかに応じて指令信号をＤＡＣ２３に出力し、ＤＡＣ２３では、アップダウンカウンタ２２の指令信号に応じてＧａｉｎ−ＡＭＰ１２の電流源Ｉ１〜Ｉ３の電流値を調整する。
【０１０１】
なお、図１３では、加算器３２としての容量にＶｃａｌ×ＰＮの電圧をチャージすることにより、アナログ部での加算を実現しているが、これに限るものではなく、容量に替えて加算器を用いても良い。
また、電圧Ｖｃａｌの代わりに、ＳＡＤＣ１０２に含まれるＡＤＣのコンパレータで用いる基準電圧Ｖｒを用い、入力信号Ｖｉｎの入力端につながる容量（ＣＡＰ）ＣｓＩとの比で実現することもできる。たとえばＶｃａｌ＝（１／４）・Ｖｒのとき、図１３中の電圧Ｖｃａｌを（１／４）・Ｖｒにする代わりに、ＶｃａｌをＶｒにし、ＣＡＰ比を１：４にして実現してもよい。
【０１０２】
なお、図１３において、Ｇａｉｎ−ＡＭＰ１２のゲインを調整したが、これに限るものではなく、例えば、ＭＤＡＣ−ＡＭＰ１１のゲインを調整するものでも良い。
図１４は、ランダム変数ＰＮを入力信号Ｖｉｎに加算する場合の、入力信号とＳＡＤＣ１０２の伝達関数（入出力特性）とを示す図である。図１４において横軸は、ＳＡＤＣ１０２への入力信号、縦軸は出力を表す。
【０１０３】
図１４では、ランダム変数ＰＮ＝１を加算する時の入力信号と、ランダム変数ＰＮ＝−１を加算する時の入力信号とを、併記している。なお、図１４中の「△」の指し示す位置は、ＳＡＤＣ１０２の閾値を表し、ＰＮ＝１およびＰＮ＝−１の場合とでは伝達関数は同一であって、閾値も同一である。
伝達関数が同じでもランダム変数ＰＮによって出力が変わる場合は、長期的に加算していくと、結果としてエラー成分が残る。
【０１０４】
一方、ランダム変数ＰＮが変動したとしても出力が同じである場合は、長期的に加算しても相殺されてエラーが残らない。
図１３に示すキャリブレーション装置においても、図７に示すキャリブレーション装置と同様に、後段のＢａｃｋｅｎｄ  ＡＤＣ５２を利用することでエラー信号を積算している領域（時間）とエラー信号を積算していない領域（時間）とを区別し、エラー信号を積算している領域のみアキュームレータ２１で積算することで、キャリブレーション時間を短縮化することができる。
【０１０５】
以上のように、本発明によれば、サミングポイントＰｓｕｍの電圧を取り出す回路を単純な構成のＧａｉｎ−ＡＭＰ１２で実現しても、動作環境や製造工程時のばらつきによらず精度の良いゲインが実現できる。
【０１０６】
（キャリブレーション装置の他の適用例を示す構成図）
図１５は、キャリブレーション装置の他の適用例を示す詳細な構成図である。
図１５に示すキャリブレーション装置は、パイプライン型Ａ／Ｄ変換器ではなく、Ａ／Ｄ変換器のサンプルホールド回路において、ゲイン調整を行なうものであって、図１５では、図１３で説明した入力信号Ｖｉｎにランダム信号を加算することによりキャリブレーションを行なうものである。
【０１０７】
すなわち、図１５に示すキャリブレーション装置は、図１３に示したＳｔａｇｅ１を含むステージ部５１とそれ以降のＳｔａｇｅを含むＢａｃｋｅｎｄ  ＡＤＣ５２とを含むパイプライン型Ａ／Ｄ変換器１の代わりに、ＡＤＣ（Ａ／Ｄ変換器）２１２のサンプルホールド回路２１１のゲイン調整を行なうものであり、このキャリブレーション装置は、図１３に示すキャリブレーション装置において、さらにレベル判定回路２１７を備える。
【０１０８】
なお、図１３に示したキャリブレーション装置と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
図１５は、サンプルホールド回路２１１に対して、Ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ  Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎを行うためのキャリブレーション装置の一例を示すブロック図である。
図１５に示すように、サンプルホールド回路２１１は、ＡＭＰ２２１とＧａｉｎ−ＡＭＰ１２と、ＡＭＰ２２１の出力端と反転入力端とを接続する容量２２２と、一端が入力信号Ｖｉｎの入力端に接続され、他端が、ＡＭＰ２２１の反転入力端とＧａｉｎ−ＡＭＰ１２の入力端とに接続されるサンプリング容量２２３と、を備えるとともに、さらに、電圧Ｖｃａｌとランダム変数ＰＮとを乗算する乗算器３１と加算器３２としての容量と、を備える。そして、ＡＭＰ２２１の出力端とＧａｉｎ−ＡＭＰ１２の出力端との間に、サンプルホールド回路２１１とＡＤＣ２１２とを接続するための容量２１３が接続される。
【０１０９】
図１５に示すキャリブレーション装置は、Ｂａｃｋｅｎｄ  ＡＤＣとしてのＡＤＣ２１２の後段に、電圧Ｖｃａｌとランダム変数「−ＰＮ」とを乗算する乗算器３３と、Ｂａｃｋｅｎｄ  ＡＤＣとしてのＡＤＣ２１２の出力Ｖｏｕｔ（ＡＤＣ）と乗算器３３の出力とを加算する加算器３４と、を備える。
【０１１０】
そして、電圧Ｖｃａｌとランダム変数「−ＰＮ」とを乗算する乗算器３３での演算結果に、ＡＤＣ２１２から出力される出力を加算器３４により加算し、加算結果とランダム変数ＰＮとを乗算器３５で乗算する。この乗算器３５での演算結果をエラー信号Ｖｅｒｒとしてアキュームレータ２１で積算し、アップダウンカウンタ２２では、積算値がゼロより小さいか、すなわち、１／ｆ′が１／ｆより大きいとみなすことができるかに応じて指令信号をＤＡＣ２３に出力し、ＤＡＣ２３では、アップダウンカウンタ２２の指令信号に応じてＧａｉｎ−ＡＭＰ１２の電流源Ｉ１〜Ｉ３の電流値を調整する。
【０１１１】
なお、図１５においては、Ｇａｉｎ−ＡＭＰ１２のゲインを調整したが、これに限るものではなく、例えば、サンプルホールド回路２１１のＡＭＰ２２１のゲインを調整するものでも良いし、サンプルホールド回路２１１に含まれるキャパシタを調整するものでも良い。
また、レベル判定回路２１７は、例えばＡＤＣで構成され、図１３の後段のＢａｃｋｅｎｄ  ＡＤＣ５２と同様に、エラー信号が積算される領域（時間）とエラー信号が積算されない領域（時間）とを区別する。
【０１１２】
レベル判定回路２１７の判定結果から、入力信号Ｖｉｎがエラー信号が積算されない領域（時間）に該当する場合はアキュームレータ２１では積算しない。
このように、図１５に示すキャリブレーション装置も、図１３に示すキャリブレーション装置と同様に、レベル判定回路２１７を利用することでエラー信号が積算される領域（時間）と積算されない領域（時間）とを区別し、エラー信号が積算される領域のみアキュームレータ２１で積算することで、キャリブレーション時間を短縮化することができる。
【０１１３】
以上のように、サンプルホールド回路２１１に適用した場合であっても、動作環境や製造工程時のばらつきによらず精度の良いゲインが実現できる。
なお、上記実施形態では、本発明によるサンプルホールド回路のキャリブレーション方法を、パイプライン型Ａ／Ｄ変換器や、Ａ／Ｄ変換器のサンプルホールド回路に適用した場合について説明したが、これに限るものではなく、例えば、ΔΣＡ／Ｄ変換器などであっても適用することができる。
【０１１４】
また、本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらすすべての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、請求項により画される発明の特徴の組み合わせに限定されるものではなく、すべての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。
【符号の説明】
【０１１５】
１  パイプライン型Ａ／Ｄ変換器
１１  ＭＤＡＣ−ＡＭＰ
１２  Ｇａｉｎ−ＡＭＰ
２１  アキュームレータ（ａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒ）
２２  アップダウンカウンタ（ｕｐ／ｄｎ  ｃｏｕｎｔｅｒ）
２３  ＤＡＣ（ＤＡコンバータ）
３１、３３、３５  乗算器
３２、３４  加算器
２１１  サンプルホールド回路
２１２  Ａ／Ｄ変換器
Ｍｘ１、Ｍｘ２、Ｍｙ１、Ｍｙ２  ＭＯＳトランジスタ
Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３  電流源
【図１】
0005893591.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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