(57)【要約】【課題】逐次変換型のＡＤ変換において、非線形誤差を改善する。【解決手段】ＡＤ変換装置１は、入力信号を増幅して出力する増幅部１０と、８組の第１比較電圧Ｖ１及び第２比較電圧Ｖ２を順次切り替えて２つの比較電圧を発生する電圧発生部３０と、増幅部１０の出力信号を第１比較電圧Ｖ１及び第２比較電圧Ｖ２と比較して、大小関係を判定する比較部４０と、比較部４０の比較結果に基づいて中間データＤｘを生成し、３２個の中間データＤｘを平均化して出力データＤoutを生成する演算部６０とを備える。【選択図】図１
2015211436.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を増幅して出力する増幅部と、
Ｎ（Ｎは２以上の自然数）組の第１比較電圧及び第２比較電圧を順次切り替えて２つの比較電圧を発生する電圧発生部と、
前記増幅部の出力信号を前記第１比較電圧及び前記第２比較電圧と比較して、大小関係を判定する比較部と、
前記比較部の比較結果に基づいて中間データを生成し、Ｎ・Ｋ（Ｋは任意の自然数）個の前記中間データを平均化して出力データを生成する演算部と、
を備えるＡＤ変換装置。
【請求項２】
前記増幅部は、Ｋ種類の動作状態を切り替える動作切替部を備え、
前記Ｋ種類の動作状態の各々において、前記Ｎ組の第１比較電圧及び第２比較電圧を順次切り替えるように前記電圧発生部を制御し、前記Ｋ種類の動作状態の各々において、前記Ｎ組の第１比較電圧及び第２比較電圧を順次切り替えることにより得られたＮ・Ｋ個の前記中間データを平均化して前記出力データを生成するように前記演算部を制御する制御部を備える、
ことを特徴とする請求項１に記載のＡＤ変換装置。
【請求項３】
前記入力信号は、差動形式で供給される正入力信号及び負入力信号であり、
前記増幅部は、前記正入力信号及び前記負入力信号を差動増幅して正出力信号及び負出力信号を出力し、
前記比較部は、前記正出力信号及び前記負出力信号を差動形式で入力し、前記正出力信号及び前記負出力信号を前記第１比較電圧及び前記第２比較電圧と比較して、大小関係を判定する、
ことを特徴とする請求項２に記載のＡＤ変換装置。
【請求項４】
前記増幅部は、前記正入力信号と前記負入力信号のうち一方の信号が供給される第1ノード及び他方の信号が供給される第２ノードを備え、
前記動作切替部は、前記正入力信号が前記第1ノードに供給され且つ前記負入力信号が前記第２ノードに供給される第1入力状態と前記負入力信号が前記第1ノードに供給され且つ前記正入力信号が前記第２ノードに供給される第２入力状態とを切り替える入力切替部を備え、前記Ｋ種類の動作状態には、前記第１入力状態及び前記第２入力状態が含まれ、
前記制御部は、
前記第１入力状態と前記第２入力状態との各々において、前記Ｎ組の第１比較電圧及び第２比較電圧を順次切り替えるように前記電圧発生部を制御し、
前記第１入力状態において前記Ｎ組の第１比較電圧及び第２比較電圧を順次切り替えることにより得られたＮ個の前記中間データと前記第２入力状態において前記Ｎ組の第１比較電圧及び第２比較電圧を順次切り替えることにより得られたＮ個の前記中間データとを含むように、前記中間データを平均化して前記出力データを生成するように前記演算部を制御する、
ことを特徴とする請求項３に記載のＡＤ変換装置。
【請求項５】
前記増幅部は、
正入力端子、負入力端子、正出力端子、及び負出力端子を備え、振幅中心となる基準電圧が供給されるオペアンプと、
容量の理想値が互いに等しい第1容量素子、第２容量素子、第３容量素子、及び第４容量素子とを備え、
前記動作切替部は、前記第１容量素子の一方の電極に前記正入力信号と前記負入力信号とのうち一方の信号を供給し、前記第1容量素子の他方の電極を前記正入力端子と電気的に接続し、前記正入力端子と前記負出力端子との間に前記第２容量素子を電気的に接続し、前記第３容量素子の一方の電極に前記正入力信号と前記負入力信号とのうち他方の信号を供給し、前記第３容量素子の他方の電極を前記負入力端子と電気的に接続し、前記負入力端子と前記正出力端子との間に前記第４容量素子を電気的に接続した第１接続状態と、前記第1接続状態における前記第１容量素子と前記第２容量素子とを入れ替え、且つ前記第３容量素子と前記第４容量素子とを入れ替える第２接続状態とを切り替える容量切替部を備え、前記Ｋ種類の動作状態には、前記第１接続状態及び前記第２接続状態が含まれ、
前記制御部は、
前記第１接続状態と前記第２接続状態との各々において、前記Ｎ組の第１比較電圧及び第２比較電圧を順次切り替えるように前記電圧発生部を制御し、
前記第１接続状態において前記Ｎ組の第１比較電圧及び第２比較電圧を順次切り替えることにより得られたＮ個の前記中間データと前記第２接続状態において前記Ｎ組の第１比較電圧及び第２比較電圧を順次切り替えることにより得られたＮ個の前記中間データとを含むように、前記中間データを平均化して前記出力データを生成するように前記演算部を制御する、
ことを特徴とする請求項３に記載のＡＤ変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アナログ信号をデジタル信号に変換する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
アナログ信号をデジタル信号に変換する手法として、複数の比較レベルを持つ逐次比較法が知られている。この逐次比較法では、入力信号が第1閾値電圧より大きい場合、入力信号が第２閾値電圧より小さい場合、入力信号が第２閾値電圧から第1閾値電圧の範囲内である場合を判定する。そして、入力信号を２倍して更に判定を繰り返し、ＡＤ変換を行う。
【０００３】
非特許文献１には、入力信号を２倍に増幅するために、２個の容量素子と１個のオペアンプを用い、それらの接続関係を変更することによって、入力信号を２倍に増幅する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】A 12-b 600 ks/s Digitally Self-Calibrated Pipelined Algorithmic ADC IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, VOL.29, NO.4, APRIL 1994
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ＡＤ変換の性能を表す指標として、アナログ入力信号とデジタル出力信号の関係全体において、理想的な直線に対する実際の入出力特性のずれを示した積分非直線性誤差（以下、ＩＮＬ(integral non-linearity)と称する）が知られている。さらに、アナログ入力信号とデジタル出力信号（コード）の関係から求められる実際のステップが、理想のステップからどの程度離れているかを示す微分非直線性誤差（以下、ＤＮＬ(differential non-linearity)と称する）が知られている。これらの非線形誤差は、ＡＤ変換後の処理で補正することができないため、ＡＤ変換の性能を決める重要な要素である。
上述した逐次変換型のＡＤ変換では、第1閾値電圧及び第２閾値電圧との逐次比較によってＡＤ変換を行うので、第1閾値電圧及び第２閾値電圧の近傍でＩＮＬ及びＤＮＬが増大することが知られている。
【０００６】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、逐次変換型のＡＤ変換において、非線形誤差を改善することを解決課題の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以上の課題を解決するために本発明に係るＡＤ変換装置の一態様は、入力信号を増幅して出力する増幅部と、Ｎ（Ｎは２以上の自然数）組の第１比較電圧及び第２比較電圧を順次切り替えて２つの比較電圧を発生する電圧発生部と、前記増幅部の出力信号を前記第１比較電圧及び前記第２比較電圧と比較して、大小関係を判定する比較部と、前記比較部の比較結果に基づいて中間データを生成し、Ｎ・Ｋ（Ｋは任意の自然数）個の前記中間データを平均化して出力データを生成する演算部と、を備える。
【０００８】
この態様のＡＤ変換装置は、増幅部の出力信号を第１比較電圧及び第２比較電圧と比較して、大、小、不定のいずれに属するかを判定する逐次変換型であるため、入力信号の電圧が第１比較電圧及び第２比較電圧を超える際に中間データには大きなＩＮＬ及びＤＮＬが発生するが、電圧発生部は、Ｎ組の第１比較電圧及び第２比較電圧を順次切り替えて発生するので、大きなＩＮＬが発生する入力信号の電圧を分散させることできる。このため、
Ｎ・Ｋ個の中間データを平均化して出力データを生成することによって、ＩＮＬの変化を緩やかにすることができ、その結果、ＤＮＬを大幅に低減することが可能となる。
【０００９】
上述したＡＤ変換装置の一態様において、前記増幅部は、Ｋ種類の動作状態を切り替える動作切替部を備え、前記Ｋ種類の動作状態の各々において、前記Ｎ組の第１比較電圧及び第２比較電圧を順次切り替えるように前記電圧発生部を制御し、前記Ｋ種類の動作状態の各々において、前記Ｎ組の第１比較電圧及び第２比較電圧を順次切り替えることにより得られたＮ・Ｋ個の前記中間データを平均化して前記出力データを生成するように前記演算部を制御する制御部を備えることが好ましい。
【００１０】
この態様によれば、増幅部の動作状態はＫ種類に切り替えられるが、電圧発生部は、Ｋ種類の動作状態の各々において、Ｎ組の第１比較電圧及び第２比較電圧を順次切り替える。
動作状態が変更されると増幅部で発生する誤差が変化し、増幅部の出力信号の電圧が変化することがあり得る。この態様によれば、出力信号の電圧が変化した場合でも、動作状態ごとに、第１比較電圧及び第２比較電圧をＮ組切り替えるので、比較部における比較動作が増幅部の動作状態の影響を受けることを低減して、ＡＤ変換の精度を向上することが可能となる。
【００１１】
上述したＡＤ変換装置の一態様において、前記入力信号は、差動形式で供給される正入力信号及び負入力信号であり、前記増幅部は、前記正入力信号及び前記負入力信号を差動増幅して正出力信号及び負出力信号を出力し、前記比較部は、前記正出力信号及び前記負出力信号を差動形式で入力し、前記正出力信号及び前記負出力信号を前記第１比較電圧及び前記第２比較電圧と比較して、大小関係を判定することが好ましい。この態様によれば、差動形式でＡＤ変換装置を動作させることができるので、同相ノイズを抑圧して、ＡＤ変換の精度を向上させることができる。
【００１２】
上述したＡＤ変換装置の一態様において、前記増幅部は、前記正入力信号と前記負入力信号のうち一方の信号が供給される第1ノード及び他方の信号が供給される第２ノードを備え、前記動作切替部は、前記正入力信号が前記第1ノードに供給され且つ前記負入力信号が前記第２ノードに供給される第1入力状態と前記負入力信号が前記第1ノードに供給され且つ前記正入力信号が前記第２ノードに供給される第２入力状態とを切り替える入力切替部を備え、前記Ｋ種類の動作状態には、前記第１入力状態及び前記第２入力状態が含まれ、前記制御部は、前記第１入力状態と前記第２入力状態との各々において、前記Ｎ組の第１比較電圧及び第２比較電圧を順次切り替えるように前記電圧発生部を制御し、前記第１入力状態において前記Ｎ組の第１比較電圧及び第２比較電圧を順次切り替えることにより得られたＮ個の前記中間データと前記第２入力状態において前記Ｎ組の第１比較電圧及び第２比較電圧を順次切り替えることにより得られたＮ個の前記中間データとを含むように、前記中間データを平均化して前記出力データを生成するように前記演算部を制御することが好ましい。
【００１３】
この態様によれば、第１入力状態と第２入力状態とで、正入力信号と負入力信号とを切り替えるので、増幅部の出力信号にオフセット電圧が重畳しても、これを相殺することが可能となる。また、第１入力状態と第２入力状態との各々で、第１比較電圧及び第２比較電圧をＮ組切り替えるので、比較部における比較動作が増幅部の動作状態の影響を受けることを低減して、ＡＤ変換の精度を向上することが可能となる。
【００１４】
上述したＡＤ変換装置の一態様において、前記増幅部は、正入力端子、負入力端子、正出力端子、及び負出力端子を備え、振幅中心となる基準電圧が供給されるオペアンプと、
容量の理想値が互いに等しい第1容量素子、第２容量素子、第３容量素子、及び第４容量素子とを備え、前記動作切替部は、前記第１容量素子の一方の電極に前記正入力信号と前記負入力信号とのうち一方の信号を供給し、前記第1容量素子の他方の電極を前記正入力端子と電気的に接続し、前記正入力端子と前記負出力端子との間に前記第２容量素子を電気的に接続し、前記第３容量素子の一方の電極に前記正入力信号と前記負入力信号とのうち他方の信号を供給し、前記第３容量素子の他方の電極を前記負入力端子と電気的に接続し、前記負入力端子と前記正出力端子との間に前記第４容量素子を電気的に接続した第１接続状態と、前記第1接続状態における前記第１容量素子と前記第２容量素子とを入れ替え、且つ前記第３容量素子と前記第４容量素子とを入れ替える第２接続状態とを切り替える容量切替部を備え、前記Ｋ種類の動作状態には、前記第１接続状態及び前記第２接続状態が含まれ、前記制御部は、前記第１接続状態と前記第２接続状態との各々において、前記Ｎ組の第１比較電圧及び第２比較電圧を順次切り替えるように前記電圧発生部を制御し、前記第１接続状態において前記Ｎ組の第１比較電圧及び第２比較電圧を順次切り替えることにより得られたＮ個の前記中間データと前記第２接続状態において前記Ｎ組の第１比較電圧及び第２比較電圧を順次切り替えることにより得られたＮ個の前記中間データとを含むように、前記中間データを平均化して前記出力データを生成するように前記演算部を制御することが好ましい。
【００１５】
この態様によれば、第１接続状態と第２接続状態とで、容量素子の接続状態を切り替えるので、容量素子の容量比の誤差により増幅部の出力信号にオフセット電圧が重畳しても、これを相殺することが可能となる。また、第１接続状態と第２接続状態との各々で、第１比較電圧及び第２比較電圧をＮ組切り替えるので、比較部における比較動作が増幅部の動作状態の影響を受けることを低減して、ＡＤ変換の精度を向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係るＡＤ変換装置の構成を示すブロック図
【図２】電圧発生部の電圧を説明するための説明図
【図３】比較部の真理値表
【図４】容量切替信号Ｃswap、入力切替信号ＩＮswap、電圧制御データＤｖ、第１比較電圧Ｖ１及び第２比較電圧Ｖ２のタイミングチャート
【図５】中間データＤｘ[1]〜Ｄｘ[32]、容量切替信号Ｃswap、入力切替信号ＩＮswap、第１比較電圧Ｖ１及び第２比較電圧Ｖ２の対応関係を示す表
【図６】ＩＮＬのシミュレーション結果を示すグラフ
【図７】ＤＮＬのシミュレーション結果を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１７】
＜１．実施形態＞
以下、図面を参照しつつ、本発明に係る実施形態を説明する。図１は、本発明の実施形態に係るＡＤ変換装置１の主要構成を示すブロック図である。この図に示すようにＡＤ変換装置１には、正入力信号ＩＮｐと負入力信号ＩＮｎとが差動形式で入力される。負入力信号ＩＮｎは基準電圧VREF0を中心レベルとして正入力信号ＩＮｐを反転したものである。以下の説明では、正入力信号ＩＮｐと負入力信号ＩＮｎの組みを単に入力信号ＩＮと称する。
【００１８】
ＡＤ変換装置１は、入力信号ＩＮを増幅して負出力信号Ｓ１と正出力信号Ｓ２とを出力する増幅部１０、第1比較電圧Ｖ１及び第２比較電圧Ｖ２を発生する電圧発生部３０、差動形式で与えられる負出力信号Ｓ１と正出力信号Ｓ２とを第1比較電圧Ｖ１及び第２比較電圧Ｖ２と比較して第1比較データＤＴ１と第２比較データＤＴ２とを出力する比較部４０、ＡＤ変換装置１全体を制御する制御部５０、第1比較データＤＴ１及び第２比較データＤＴ２に基づいて、入力信号ＩＮをデジタル信号に変換した出力データＤoutを生成する演算部６０とを備える。
【００１９】
増幅部１０は、動作状態の切り替えを行う動作切替部１００、容量素子１１、１２、２１、及び２２、オペアンプ２０、ノードＮ１〜Ｎ６並びに入力端子ＴＥ１〜ＴＥ５を備える。ノードＮ１〜Ｎ６及び入力端子ＴＥ１〜ＴＥ５の間には、図示しない複数のスイッチが設けられており、制御部５０から供給される制御信号に基づいて、複数のスイッチのオン・オフが制御される。動作切替部１００は、入力切替部１１０及び容量切替部１２０を備え、入力切替部１１０及び容量切替部１２０は、上述した複数のスイッチの一部によって構成されている。
【００２０】
入力端子ＴＥ１〜ＴＥ５には、正入力信号ＩＮｐ、負入力信号ＩＮｎ、基準電圧VREF0、、高基準電圧VREFP、低基準電圧VREFNが供給される。入力切替部１１０は入力切替信号ＩＮswapに従って、入力された信号及び電圧の中から選択した信号又は電圧をノードＮ１及びノードＮ２の各々に供給する。また、正入力信号ＩＮｐをノードＮ１に供給し、且つ負入力信号ＩＮｎをノードＮ２に供給する状態を第１入力状態、正入力信号ＩＮｐをノードＮ２に供給し、且つ負入力信号ＩＮｎをノードＮ１に供給する状態を第２入力状態とすると、入力切替信号ＩＮswapは、Ｈレベルで第１入力状態を指定し、Ｌレベルで第２入力状態を指定する。入力切替信号ＩＮswapは制御部５０から供給される。入力切替部１１０は入力切替信号ＩＮswapに従って、第１入力状態と第２入力状態とを切り替える。オペアンプ２０にオフセットがあると、第１入力状態と第２入力状態とで負出力信号Ｓ１と正出力信号Ｓ２とに重畳するオフセット電圧が基準電圧VREF0を中心として反転する。入力切替部１１０に第１入力状態と第２入力状態とを切り替える機能を持たせたのは、オフセット電圧が出力データＤoutに与える影響をキャンセルするためである。
【００２１】
図１に示すように容量素子１１及び２１が入力側に接続されており、容量素子１２及び２２が出力側に接続されている状態を第１接続状態、容量素子１１と容量素子１２とを入れ替え、且つ容量素子２１と容量素子２２とを入れ替えた状態を第２接続状態とすると、容量切替部１２０は、容量切替信号Ｃswapに従って第１接続状態と第２接続状態とを切り替える。容量切替信号Ｃswapは制御部５０から供給され、Ｈレベルで第１接続状態を指定し、Ｌレベルで第２接続状態を指定する。容量素子１１、１２、２１、及び２２の容量値は、理想的には等しいが、実際にはばらつきがある。容量値のばらつきは、出力データＤoutの誤差となる。容量切替部１２０に第１接続状態と第２接続状態とを切り替える機能を持たせたのは、容量のばらつきが出力データＤoutに与える影響をキャンセルするためである。
【００２２】
比較部４０は、コンパレータ４１及び４２を備え、そこには、第１比較電圧Ｖ１及び第２比較電圧Ｖ２が供給される。また、比較部４０は、増幅部１０から出力される負出力信号Ｓ１及び正出力信号Ｓ２を第１比較電圧Ｖ１及び第２比較電圧Ｖ２と比較することにより、大、小、不定のいずれに属するかを判定する。図２に示すように、第１比較電圧Ｖ１は、第１中心電圧Ｖ１ｃを中心とする８レベルの電圧Ｖ１１〜Ｖ１８の中から選択される。また、第２比較電圧Ｖ２は、第２中心電圧Ｖ２ｃを中心とする８レベルの電圧Ｖ２１〜Ｖ２８の中から選択される。制御部５０は、３ビットの電圧制御データＤｖを電圧発生部３０に供給し、電圧発生部３０は電圧制御データＤｖに応じて、電圧Ｖ１１〜Ｖ１８の中から選択された電圧を第１比較電圧Ｖ１として出力し、電圧Ｖ２１〜Ｖ２８の中から選択された電圧を第２比較電圧Ｖ２として出力する。
【００２３】
ここで、隣接する電圧の電位差ΔＶは等しくなるように設定されている。すなわち、ΔＶ＝Ｖ１８−Ｖ１７＝Ｖ１７−Ｖ１６＝Ｖ１６−Ｖ１５＝Ｖ１５−Ｖ１４＝Ｖ１４−Ｖ１３＝Ｖ１３−Ｖ１２＝Ｖ１２−Ｖ１１＝Ｖ２１−Ｖ２２＝Ｖ２２−Ｖ２３＝Ｖ２３−Ｖ２４＝Ｖ２４−Ｖ２５＝Ｖ２５−Ｖ２６＝Ｖ２６−Ｖ２７＝Ｖ２７−Ｖ２８となる。
また、３ビットの電圧制御データＤｖで選択される第１比較電圧Ｖ１と第２比較電圧Ｖ２との組は、（Ｖ１１,Ｖ２１）、（Ｖ１２,Ｖ２２）、（Ｖ１３,Ｖ２３）、（Ｖ１４,Ｖ２４）、（Ｖ１５,Ｖ２５）、（Ｖ１６,Ｖ２６）、（Ｖ１７,Ｖ２７）、（Ｖ１８,Ｖ２８）と予め定められている。例えば、基準電圧VREF0を基準にするとき、第１中心電圧Ｖ１ｃは、Ｖ１ｃ＝（VREFP−VREF0）／４となり、第２中心電圧Ｖ２ｃは、Ｖ２ｃ＝（VREFN-VREF0）／４となる。
【００２４】
比較部４０は、負出力信号Ｓ１及び正出力信号Ｓ２に基づいて、図３に示す第1比較データＤＴ１及び第２比較データＤＴ２を生成する。すなわち、Ｖ２＜Ｓ１である場合にＤＴ１＝１となり、Ｓ１≦Ｖ２である場合にＤＴ１＝０となる。また、Ｖ１＜Ｓ１である場合にＤＴ２＝１となり、Ｓ１≦Ｖ１である場合にＤＴ２＝０となる。
【００２５】
演算部６０は、第1比較データＤＴ１及び第２比較データＤＴ２に基づいて、中間データＤｘを生成する中間データ生成部６１と、中間データＤｘに基づいて出力データＤoutを生成する出力データ生成部６２とを備える（図１参照）。
【００２６】
ＤＴ１＝１且つＤＴ２＝１の場合に、中間データ生成部６１は中間データＤｘの所定ビットを「１(０)」に設定し、制御部５０は負出力信号Ｓ１及び正出力信号Ｓ２のレベルが２倍になるようにすると同時に高基準電圧VREFPと低基準電圧VREFNの差を減算するようにスイッチのオン・オフを制御する。また、ＤＴ１＝０且つＤＴ２＝０の場合に、中間データ生成部６１は中間データＤｘの所定ビットを「０(０)」に設定し、制御部５０は負出力信号Ｓ１及び正出力信号Ｓ２のレベルが２倍になるようにすると同時に高基準電圧VREFPと低基準電圧VREFNの差を加算するようにスイッチのオン・オフを制御する。また、ＤＴ１＝１且つＤＴ２＝０の場合に、中間データ生成部６１は中間データＤｘの所定ビットは不定とし「(０１)」に設定する。この際、制御部５０は負出力信号Ｓ１及び正出力信号Ｓ２のレベルが２倍になるようにスイッチのオン・オフを制御し、比較部４０は次の判定を実行する。この判定を繰り返すことによって、入力信号ＩＮを逐次ＡＤ変換していく。中間データＤｘは上記所定ビットの設定になるが、ＤＴ１とＤＴ２の出力データ列を単に加算したものになる。
【００２７】
次に、容量切替信号Ｃswap、入力切替信号ＩＮswap、電圧制御データＤｖ、第１比較電圧Ｖ１及び第２比較電圧Ｖ２のタイミングチャートを図４に示す。図４に示すように電圧制御データＤｖは、第１期間Ｔ１、第２期間Ｔ２、第３期間Ｔ３及び第４期間Ｔ４の各々において、データ値が「0」〜「7」まで変化する。電圧発生部３０は、上述したように電圧制御データＤｖに基づいて、（Ｖ１１,Ｖ２１）、（Ｖ１２,Ｖ２２）、（Ｖ１３,Ｖ２３）、（Ｖ１４,Ｖ２４）、（Ｖ１５,Ｖ２５）、（Ｖ１６,Ｖ２６）、（Ｖ１７,Ｖ２７）、及び（Ｖ１８,Ｖ２８）の中から第１比較電圧Ｖ１及び第２比較電圧Ｖ２の組を選択して出力する。従って、第１期間Ｔ１〜第４期間Ｔ４の各々において、第１中心電圧Ｖ１ｃ及び第２中心電圧Ｖ２ｃの近傍で８個の電圧レベルで切り替えた第１比較電圧Ｖ１及び第２比較電圧Ｖ２を用いて、８個の中間データＤｘが生成されることになる。
【００２８】
本実施形態の出力データ生成部６２は、第１期間Ｔ１〜第４期間Ｔ４において生成される３２個の中間データＤｘ[1]〜Ｄｘ[32]を平均して１個の出力データＤoutを生成する。第１比較電圧Ｖ１及び第２比較電圧Ｖ２は、第１期間Ｔ１〜第４期間Ｔ４の各々において、８個の電圧レベルの切り替えがなされる。従って、各期間において生成される８個の中間データＤｘを平均化すると、ＩＮＬ及びＤＮＬを改善することができる。
しかしながら、本実施形態では、第１期間Ｔ１から第４期間Ｔ４を一つの単位期間Ｔaveとし、単位期間Ｔaveで得られる３２個の中間データＤｘ[1]〜Ｄｘ[32]を平均化して出力データＤoutを生成する。
【００２９】
上述したように、増幅部１０の入力切替部１１０は第1入力状態と第２入力状態とを切り替え、容量切替部１２０は第１接続状態と第２接続状態とを切り替える。これらの組み合わせは、入力切替信号ＩＮswapのＨレベル及びＬレベルと容量切替信号ＣswapのＨレベルとＬレベルの組み合わせで定まる４通りである。すなわち、増幅部１０の動作状態としては、第１入力状態且つ第１接続状態、第２入力状態且つ第１接続状態、第1入力状態且つ第２接続状態、及び第２入力状態且つ第２接続状態の４種類がある。一方、第１比較電圧Ｖ１及び第２比較電圧Ｖ２の組は８通りである。本実施形態では、入力切替と容量切替とによって定まる４種類の動作状態の各々に、８通りの第１比較電圧Ｖ１及び第２比較電圧Ｖ２の組を割り当てる。図５に、３２個の中間データＤｘ[1]〜Ｄｘ[32]、容量切替信号Ｃswap、入力切替信号ＩＮswap、第１比較電圧Ｖ１及び第２比較電圧Ｖ２の対応関係を示す。図示した８個の太枠の各々に、入力切替及び容量切替の４通りの組が割り当てられている。
【００３０】
このように８通りの第１比較電圧Ｖ１及び第２比較電圧Ｖ２の組を、入力切替及び容量切替の４通りの組に各々割り当ているので、増幅部１０における４種類の動作状態の各々に対応して第１比較電圧Ｖ１及び第２比較電圧Ｖ２を８個の電圧レベルで切り替えることができる。動作状態が変更されると増幅部１０で発生する誤差が変化し、負出力信号Ｓ１及び正出力信号Ｓ２の電圧が変化することがある。本実施形態によれば、負出力信号Ｓ１及び正出力信号Ｓ２の電圧が変化した場合でも、動作状態ごとに、第１比較電圧Ｖ１及び第２比較電圧Ｖ２を８組切り替えるので、比較部４０における比較動作が増幅部１０の動作状態の影響を受けることを低減できる。よって、ある動作状態の場合に、第１比較電圧Ｖ１及び第２比較電圧Ｖ２の近傍で発生するＩＮＬ及びＤＮＬが変化することを低減し、さらに、４種類の動作状態で中間データＤｘを平均化するので、より正確な出力データＤoutを生成することが可能となる。
【００３１】
次に、本実施形態に係るＡＤ変換装置１について、ＩＮＬのシミュレーション結果を図６に示し、図７にＤＮＬのシミュレーション結果を示す。図６及び図７において、点線は第1比較電圧Ｖ１を第１中心電圧Ｖ１ｃに固定し、且つ第２比較電圧Ｖ２を第２中心電圧Ｖ２ｃに固定した場合のＩＮＬ及びＤＮＬである。一方、実線は、電圧制御データＤｖによって、第1比較電圧Ｖ１及び第２比較電圧Ｖ２を予め定めた８組の組み合わせで切り替えた場合のＩＮＬ及びＤＮＬである。
【００３２】
図６及び図７に点線で示すように、ＩＮＬの特性は、入力電圧が±１７８ｍｖとなる近傍で大きく変化している。これは、第１中心電圧Ｖ１ｃが１７８ｍｖに設けられており、第２中心電圧Ｖ２ｃが−１７８ｍｖに設けられているからである。また、実線のＩＮＬの特性は、点線と比較して緩やかに変化している。これは、第1比較電圧Ｖ１及び第２比較電圧Ｖ２を８個の電圧レベルで切り替え、中間データＤｘの平均値を出力データＤoutとしたからである。このように本実施形態の第1比較電圧Ｖ１及び第２比較電圧Ｖ２を切り替える場合は、緩やかにＩＮＬが変化するため、図７に示すようにＤＮＬを大幅に改善することができる。
【００３３】
＜２．変形例＞
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に述べる各種の変形が可能である。また、上述した実施形態と各変形例は適宜組み合わせてもよいことは勿論である。
【００３４】
（１）上述した実施形態では、差動形式の入力信号ＩＮを一例として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、シングルエンド形式の入力信号ＩＮが供給されるものであってもよい。
【００３５】
（２）上述した実施形態では、電圧発生部３０は、８組の第１比較電圧Ｖ１及び第２比較電圧Ｖ２を順次切り替えて発生したが、本発明はこれに限定されるのではなく、電圧発生部はＮ（Ｎは２以上の自然数）組の第１比較電圧Ｖ１及び第２比較電圧Ｖ２を順次切り替えて発生すればよい。この場合、出力データ生成部６２は、Ｎ・Ｋ（Ｋは任意の自然数）個の中間データＤｘを平均化して出力データＤoutを生成すればよい。
また、上述した実施形態では、動作切替部１００は、入力切替と容量切替との組み合わせで４種類の動作状態を切り替えた。そして、４種類の動作状態の各々について、８組の
第１比較電圧Ｖ１及び第２比較電圧Ｖ２を適用し、３２個の中間データＤｘの平均を演算して出力データＤoutを生成した。これを一般化すると、増幅部１０でＫ種類の動作状態を切り替え、電圧発生部３０でＮ組の第１比較電圧Ｖ１及び第２比較電圧Ｖ２を生成する場合、Ｎ・Ｋ個の中間データＤｘを平均化して出力データＤoutを生成すればよい。
【００３６】
（３）上述した実施形態では、入力切替部１１０と容量切替部１２０とを採用したが、いずか一方を採用してもよい。一方を採用する場合は、１６個の中間データＤｘを平均して出力データＤoutを生成すればよい。さらに、入力切替部１１０及び容量切替部１２０を設けなくてもよい。この場合は、第１比較電圧Ｖ１及び第２比較電圧Ｖ２の切替数である８個の中間データＤｘの平均を演算して出力データＤoutを生成すればよい。
【符号の説明】
【００３７】
１……ＡＤ変換装置、１０……増幅部、１１,１２,２１,２２……容量素子、２０……オペアンプ、３０……電圧発生部、４０……比較部、４１，４２……コンパレータ、５０……制御部、６０……演算部、６１……中間データ生成部、６２……出力データ生成部、
１００……動作切替部、１１０……入力切替部、１２０……容量切替部、Ｓ１……負出力信号、Ｓ２……正出力信号、ＩＮｐ……正入力信号、ＩＮｎ……負入力信号、V１……第１比較電圧、V２……第２比較電圧、Ｄｘ……中間データ、Ｄout……出力データ、ＤＴ１……第１比較データ、ＤＴ２……第２比較データ、VREF0……基準電圧、VREFP……高基準電圧、VREFN……低基準電圧、Ｄｖ……電圧制御データ、ＩＮswap……入力切替信号、Ｃswap……容量切替信号。
【図１】
2015211436.tif 000003
【図２】
2015211436.tif 000004
【図３】
2015211436.tif 000005
【図４】
2015211436.tif 000006
【図５】
2015211436.tif 000007
【図６】
2015211436.tif 000008
【図７】
2015211436.tif 000009