逐次比较型模拟数字转换器以及物理量检测传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及逐次比较型模拟数字转换器、物理量检测传感器、电子设备和移动体以及逐次比较型模拟数字转换方法等。
【背景技术】
[0002]例如，加速度传感器等物理量检测传感器具有通过AD (模拟数字)转换器将所检测到的物理量即模拟信号转化为数字信号并输出的传感器。已知作为能够在保持面积的小型的条件下实现多位化的逐次转换型AD转换器，并用电荷再分配型DA (数字模拟)转换电路和电阻分压型DA转换电路的技术。通过电荷再分配型DA转换器，以使电容成为1:2:4:8:16:32的方式对电容进行二进制加权。如此，由于电容的比精度，在使用电荷再分配型DA转换电路的高阶位和使用电阻分压型DA转换电路的低阶位之间，转换精度将恶化。
[0003]提出了如下方案，S卩，不对电荷再分配型DA转换电路的电容进行加权，而是通过同一单位电容构成，并在各个单位电容上分别连接电阻分压型DA转换电路的输出电压(专利文献I)。
[0004]另一方面，提出如下方案，即，在电容被进行了二进制加权的电荷再分配型DA转换电路中应用DEM (Dynamic Element Matching，动态元件匹配)(专利文献2)。根据专利文献2，能够使电容阵列内的电容的组合模式具有随机性，从而能够提高电容阵列在表观上的电容比精度。
[0005]在专利文献I的发明中，使用电荷再分配型DA转换电路的高阶位和使用电阻分压型DA转换电路的低阶位之间的转换精度得以改善，电荷再分配型DA转换电路的单位电容的比精度的影响则很难改善。产生该问题的主要原因在于，很难制造具有所需的比精度的单位电容。虽然越增大单位电容比精度越提高，但会产生输入电量增大的问题或电路面积增大的新课题。
[0006]在专利文献2的发明中，由电荷再分配型DA转换电路构成。因此，在构成了同一分辨能力的AD转换器的情况下，会出现与并用电荷再分配型DA转换电路和电阻分压型DA转换电路的结构相比电容比增大，电路面积增加的问题。
[0007]专利文献1:日本特开平9-214344号公报(图8、0007)
[0008]专利文献2:日本特开2012-175440号公报(图2、0041、0046)
【发明内容】
[0009]本发明的几个方式的目的在于，提供即使减小单位电容，也能够减轻单位电容的比精度的影响的逐次比较型模拟数字转换器、物理量检测传感器、电子设备和移动体以及逐次比较型模拟数字转换方法。
[0010]本发明是为了解决上述课题的至少一部分而完成的，并能够作为以下的方式或应用例而实现。
[0011](I)本发明的一个方式涉及一种逐次比较型模拟数字转换器，具有:电荷再分配型数字模拟转换电路；比较器，其对所述电荷再分配型数字模拟转换电路的输出电压和基准电压进行比较；控制电路，其根据所述比较器的比较结果，对所述电荷再分配型数字模拟转换电路进行控制，所述电荷再分配型数字模拟转换电路具有:单位电容阵列，其通过在公共输出线上并联连接的k个单位元件被二维排列而形成，所述k个单位元件中的每一个通过将开关和单位电容串联连接而构成，其中，k为满足4 < k的整数；选择器，其基于DEM而对经由m根电压供给线向j个单位元件所具有的所述开关的至少三个输入端子中的一个端子被供给的电压之一进行选择，所述j个单位元件为所述k个单位元件中的成为所述DEM的对象的单位元件，其中，m为满足2 < m < j的整数，j为满足4 < j < k的整数，所述控制电路根据所述比较器的比较结果，对所述选择器和所述k个单位元件各自的所述开关进行控制，在通过所述单位电容阵列对模拟电压进行采样保持的第一期间，所述选择器选择被共同供给至所述m根电压供给线的转换对象的模拟电压，在接着所述第一期间而进行逐次比较的第二期间，所述选择器选择m个加权参考电压以作为被供给至所述m根电压供给线的电压。
[0012]根据本发明的一个方式，即使为了减小输入电量和电路面积，而减小单位电容，也能够减轻单位电容的比精度的影响。其原因在于，将DEM技术应用于通过单位电容的并联连接而具有电容比的j-m个单位电容、使被连接的参考电压具有比(权重)而不具有电容比的m个单位电容双方中。另外，单位元件个数k由希望构成的分辨能力决定，单位元件中的成为DEM对象的单位元件个数j由所需的比精度决定。
[0013](2)在本发明的一个方式中，可以采用如下方式，即，所述加权参考电压通过电阻分压型数字模拟转换电路对参考电压进行电阻分压而生成。
[0014]由于加权参考电压为参考电压Vref的例如1/2、1/4、1/8等，因此能够通过利用电阻对参考电压进行分压而容易地生成。而且，如果使用R-2R梯形型等的电阻分压型数字模拟转换电路的电阻分压，则能够减小电阻比，从而能够实现小型。
[0015](3)在本发明的一个方式中，可以采用如下方式，即，在所述第一期间，所述控制电路以使所述一个输入端子与所述单位电容导通的方式而对所述开关进行切换，在所述第二期间，所述控制电路以使向所述m个单位元件供给m个加权参考电压之一以及接地电压中的一方的方式而对所述开关进行切换，并以使向剩余的j-m个单位元件供给被供给至所述开关的所述一个输入端子以外的其他输入端子的所述参考电压以及所述接地电压中的一方的方式而对所述开关进行切换。
[0016]这样，在第一期间经由至少三个输入端子中的一个而将转换对象的模拟电压供给至单位元件，从而能够通过所述单位电容阵列对模拟电压进行采样保持。而且，在第二期间，能够将DEM应用于通过单位电容的并联连接而具有电容比的j-m个单位电容、使被连接的参考电压具备比(权重)而不具备电容比的m个单位电容双方中。
[0017](4)在本发明的一个方式中，可以采用如下结构，即，所述j个单位元件被排列成M行XN列，其中，N为满足N ^ 2的整数，M为满足M多m的整数，在M行的每一行，所述m根电压供给线的一根、所述参考电压的供给线、所述接地电压的供给线沿着所述M行XN列的矩阵的行方向而延伸，在N列的各列，对所述m个单位元件进行指定的至少一根控制信号线、对所述至少三个输入端子之一进行选择的m根控制信号线沿着所述M行XN列的矩阵的列方向而延伸。
[0018]这样，能够容易地对与配置为M行XN列的成为DEM对象的j个单位元件连接的电压或控制信号线进行配线。
[0019](5)在本发明的一个方式中，可以采用如下方式，S卩，N >M。这样通过使行数M小于列数N，从而能够减少对m个单位元件进行指定的控制信号线的根数。而且，通过单位电容的并联连接而具有电容比的单位电容的数量j-m多于使被连接的参考电压具备比(权重)而不具备电容比的单位电容的数量m。因此，只要满足M>m便无需使M增大到所需数量以上，所以N > M容易成立。
[0020](6)在本发明的一个方式中，可以采用如下方式，S卩，M = m。这样，对m个单位元件进行指定的控制信号线只需一根便足够了。
[0021](7)在本发明的一个方式中，可以采用如下方式，即，j < k，所述DEM的对象以外的k-j个单位元件被配置在所述M行XN列的矩阵的最端部列的旁边，向所述k-j个单位元件各自所具有的所述开关的输入端子中的一个输入所述m个加权参考电压之一，向另一个输入所述接地电压。
[0022]这样，向DEM对象以外的k-j个单位元件供给电压的配线变得极为容易。
[0023](8)在本发明的一个方式中，可以采用如下方式，即，还具有向所述公共输出线供给公共电压的复位开关，在对所述单位电容进行复位时所述选择器选择所述公共电压，从而向所述单位电容的两端供给所述公共电压。
[0024]这样，通过对单位电容的剩余电荷进行复位，从而能够实现更高精度的数字模拟转换。
[0025](9)在本发明的一个方式中，可以采用如下方式，即，所述电容阵列具有:通过所述k个单位元件在第一公共输出线上并联连接而形成的第一电容阵列；和通过所述k个单位元件在第二公共输出线上并联连接而形成的第二电容阵列，所述选择器具有:从两根差分信号线中的一根输入所述模拟电压并与所述第一电容阵列连接的第一选择器；和从所述两根差分信号线中的另一根输入所述模拟电压并与所述第二电容阵列连接的第二选择器，所述比较器对来自所述第一公共输出线和第二公共输出线的输出进行比较。
[0026]这样，能够将差分信号作为模拟数字转换对象，从而能够扩大逐次比较型AD转换电路的用途。
[0027](10)本发明的其他方式涉及一种物理量检测传感器，其具有:物理量检测传感器元件；IC(In