专利名称：斩波型模数变换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及斩波型模数(A/D)变换器。
下面说明工作情况。
参照图6～图8，首先，根据时钟信号的第1定时时间，使模拟开关13和15接通，模拟开关14关断(参照图6)，对电容器11的一端(a点)提供模拟电压VIN。由此，如图7(a)所示，电容器11的输入侧电位(a点的电位)变为模拟电压VIN的电平。另一方面，从模拟开关15接通起，如图7(b)所示，电容器11的另一端的电位(b点的电位)变为反相器电路12的阈值电压Vth，然后，使电容器13中充电与VIN和Vth的差分相当的电荷。此时，反相器电路12的输出侧(c点)变为阈值电压Vth。
接着，根据时钟信号的第2定时时间，模拟开关13和15被断开，模拟开关14被接通时(参照图8)，对电容器11的一端(a点)提供基准电压VREF。由此，如图7(a)所示，电容器11的输入侧电位(a点的电位)变为基准电压VREF。在图7所示的例中，由于基准电压VREF＞模拟输入电压VIN，所以如图7(b)所示，电容器11的另一端(b点)的电位比阈值电压Vth高，即，b点的电位变为Vth+α(α＝VREF-VIN)，其结果，反相器电路12的输出侧(c点)变为低电平(图7(c))。
而后，根据时钟信号的第3定时时间，使模拟开关13和15接通，模拟开关14关断时，对电容器11的一端(a点)提供模拟电压VIN。其结果，在电容器11中充电与VIN-Vth相当的电荷。
然后，根据时钟信号的第4定时时间，使模拟开关13和15断开，模拟开关14接通时，对电容器的一端提供基准电压VREF。这里，如果基准电压VREF＜模拟输入电压VIN，则b点的电位比阈值电压Vth低，即，b点的电位为Vth-α，反相器电路12的输出侧(c点)变为高电平。
如上所述，对模拟开关13和14进行接通断开控制，将模拟电压VIN和基准电压VREF交替地施加在电容器11上，同时对模拟开关15进行接通断开控制，比较基准电压VREF和模拟电压VIN，将反相器输出信号输出到输出端子12a。
但是，在图5所示的斩波型比较器中，电容器11的另一端(b点)的电位为Vth±α的关系，在功率节省时，在反相器电路12中不可避免地流动贯通电流(流过CMOS反相器的两个晶体管的电流)，其结果，A/D变换器的消耗功率增大。
为了防止上述不良状况，即，为了进行功率节省，已知图9所示的斩波型比较器。在图9中，对于与图5所示的主要结构部件相同的主要结构部件附以相同的标号(再有，在图9中，省略了模拟开关13和14)。在图9中，电容器11的另一端(b点)通过开关16被接地，由此，强制地使反相器电路12的输入侧为地电位(L电平)。即，在同时不施加模拟输入电压VIN和基准电压VREF的状态下，在模拟开关15断开时，使开关16接通，强制地使反相器电路12的输入侧为地电位。由此，防止在反相器电路12中流动贯通电流。再有，使反相器电路的输入侧为电源电压(VDD)的电位来取代使反相器电路12的输入侧为地电位，也可防止贯通电流。
现有的斩波型比较器为上述的结构，由于设置强制地使反相器电路12的输入侧为地电位的开关16，所以通过开关16使存储于电容器11的电荷流动，电容器11的另一端(b点)的电位就变动(换言之，开关16具有电容分量作用，使b点的电位变动)。其结果，如果将图9所示的斩波型比较器用于A/D变换器，则存在使A/D变换器的精度下降的课题。
本发明是用于解决上述课题的发明，目的在于获得可以降低消耗功率、同时防止精度下降的斩波型A/D变换器。
第1，根据本发明，提供一种斩波型模数变换器，该斩波型模数变换器包括反相器电路；连接到所述反相器的输入端的电容器；对所述电容器交替提供基准电压和模拟输入电压的第1开关部件；使所述反相器输入端和所述反相器输出端短路的第2开关部件；并包括比较器，该比较器按预定的定时控制所述第1开关部件和第2开关部件，从所述反相器输出端获得反相器输出信号；其特征在于，该斩波型模数变换器包括选择器部件，在所述比较器为功率节省状态时，以电源电压和地电位的一方作为所述基准电压提供给所述第1开关部件，以另一方作为所述模拟输入电压来提供；以及控制部件，在所述反相器输出信号变为所述地电位和电源电压的某一个时，停止控制所述第1和第2开关部件。
这里，第1开关部件有连接到电容器的第1开关和连接到电容器的第2开关；选择器部件有将电源电压和基准电压有选择地提供给所述第1开关的第1选择器，以及将地电位和模拟输入电压有选择地提供给所述第2开关的第2选择器；控制部件在比较器为功率节省状态时，控制所述第1和所述第2选择器，将所述电源电压和所述地电位分别提供给所述第1和所述第2开关。
第1和第2开关被交替开闭控制，可以按照所述第1和所述第2开关的开闭控制来开闭控制第2开关部件。
在第1开关和第2开关部件闭合时，第2开关断开，而在所述第1开关和所述第2开关部件断开时，所述第2开关闭合。
控制部件可以在变为功率节省状态后，每经过预先规定的时间，就按预定的定时控制第1和第2开关部件，对电容器每次交替提供电源电压和地电位。
预先规定的时间可以按照构成反相器电路的晶体管的漏泄电流和存储在电容器中的电荷量来决定。
第2，根据本发明，提供一种斩波型模数变换器，该斩波型模数变换器包括具有反相器输入端和反相器输出端的反相器电路；连接到所述反相器输入端的电容器；对所述电容器交替提供基准电压和模拟输入电压的第1开关部件；使所述反相器输入端和所述反相器输出端短路的第2开关部件；还包括按预定的定时控制所述第1和第2开关部件，从所述反相器输出端获得反相器输出信号的多个比较器；其特征在于，该斩波型模数变换器包括选择器部件，在各个所述比较器为功率节省状态时，以电源电压和地电位的一方作为所述基准电压提供给各个所述第1开关部件，以另一方作为所述模拟输入电压来提供；以及控制部件，在各个所述比较器的反相器输出信号变为所述地电位和电源电压的某一个时，停止控制各个所述比较器的第1和第2开关部件。
图2是说明
图1所示的斩波型A/D变换器的功率节省操作的定时图。
图3是说明图1所示的斩波型A/D变换器的功率节省操作的定时图。
图4是表示本发明实施例2的斩波型A/D变换器的方框图。
图5是表示现有的斩波型A/D变换器的电路图。
图6是表示图5所示的斩波型A/D变换器的开关开闭控制的图。
图7是说明图5所示的斩波型A/D变换器操作的定时图。
图8是表示图5所示的斩波型A/D变换器的开关开闭控制的图。
图9是表示图5所示的斩波型A/D变换器中将反相器电路的输入侧通过开关接地的状态的图。
实施例1在图1中，20是比较器，21和22是选择器，比较器20具有与图5所示的比较器相同的结构。这里，基准输入端子14a连接到选择器21，模拟输入端子13a连接到选择器22。选择器21和22由控制器10进行切换控制，通过选择器21，将基准电压VREF和电源电压VDD有选择地提供给基准输入端子14a。而通过选择器22，将模拟输入VIN和地电位GND有选择地提供给模拟输入端子13a。
下面，参照图1和图2来说明工作情况。
比较器20如图5中说明的那样进行工作。在该斩波型A/D变换器中，在形成功率节省时，由选择器21和22分别选择电源电压VDD和地电位GND。在由选择器21和22分别选择电源电压VDD和地电位GND时，如果使模拟开关13和15接通，模拟开关14关断，则如图2所示，电容器11的一端(a点)成为地电位GND。另一方面，模拟开关15接通后，如图2(b)所示，电容器11的另一端的电位(b点的电位)变为反相器电路12的阈值电压Vth，然后，对电容器13充电与地电位GND和阈值电压Vth的差分相当的电荷。此时，反相器电路12的输出侧(c点)变为Vth电平。模拟开关(第1开关)13和模拟开关(第2开关)14起第1开关部件作用，模拟开关15起第2开关部件作用。
接着，如果使模拟开关13和15关断，模拟开关14接通，则对电容器11的一端(a点)提供电源电压VDD。由此，如图2(a)所示，电容器11的输入侧电位(a点的电位)变为电源电压VDD。由于电源电压VDD＞地电位GND，所以如图2(b)所示，电容器11的另一端(b点)的电位变得比阈值电压Vth高，即，b点的电位变为Vth+VDD，其结果，反相器电路12的输出变为低电平(地电位GND)(图2(c))。
在该状态中，反相器电路12的输出侧为地电位GND，所以在反相器电路12中不流动贯通电流。而且，在图示的斩波型A/D变换器中，在比较器内部不强制地使反相器电路的输入侧为地电位，即，在比较器20中，不设置用于强制地使反相器电路12的输入侧为地电位GND的开关，所以开关起电容分量作用，反相器电路12的输入侧的电位不变动。其结果，不降低A/D变换器的精度。
如上所述，在图1所示的斩波型A/D变换器中，如果由选择器21和22分别选择电源电压VDD和地电位GND，则变为功率节省状态。即，如果反相器电路12的输出侧变为地电位GND，则停止时钟信号，变为与功率节省相同的状态。
再有，在选择器21选择了电源电压VDD时，由选择器22选择地电位GND。另一方面，在选择器21选择了基准电压VREF时，由选择器22选择模拟输入电压VIN。
但是，如上所述，在变为功率节省状态时，在构成反相器电路12的晶体管中稳定于流动漏泄电流的状态。此时，反相器电路12的输入侧的电压通过电容器11中存储的电荷来保持。由于在理想的晶体管中不流动漏泄电流，所以反相器电路12的输入侧电压保持在规定的电压值以上(与电容器11中存储的电荷对应的电压值)，但如上所述，由于实际上微弱的漏泄电流在晶体管中流动，所以电容器11中存储的电荷会缓慢地放电。因此，反相器电路12的输入侧电压变为规定的电压值以下。
因此，根据晶体管的漏泄电流和电容器11中存储的电荷量，来求变为功率节省状态后直至不能保持上述规定的电压值前的时间(预先规定的时间T)，在该时间内使A/D变换器工作，并使电容器11存储电荷。
参照图3和图5，通过时钟信号CLK的定时CLKT1(图3(a))，如图2中的说明，电容器11的另一端(b点)的电位为Vth+VDD时(图3(b))，反相器电路12的输出侧变为地电位GND(图3(c))。于是，在对电容器11充电后，经过预先规定的时间T后，送出时钟信号CLK，在定时CLKT2时，如图2中的说明，电容器11的另一端(b点)的电位为Vth+VDD(图3(b))，反相器电路12的输出侧为地电位GND(图3(c))。
于是，即使在功率节省中，如果在每个预先规定的时间T使A/D变换器工作，那么也可以将反相器电路12的输入侧电压保持在规定的电压值以上。
再有，功率节省状态中的时钟信号CLK的送出控制由控制器10进行。例如，控制器10在反相器电路12的输出侧变为地电位时，停止送出时钟信号，成为功率节省状态，从该状态起经过上述预先规定的时间T后，送出时钟信号CLK，再次进行对电容器11的充电。
此外，选择器21和22的切换控制由控制器进行。控制器在A/D变换器为功率节省状态时，对选择器21和22进行切换控制，通过选择器21将电源电压VDD提供给比较器20，由选择器22将地电位GND提供给比较器20。然后，如上所述，反相器电路12的输出侧变为地电位时，停止送出时钟信号CLK，变为功率节省状态。
在图1所示的例中，说明了选择器21有选择地切换电源电压VDD和基准电压VREF，选择器22有选择地切换地电位GND和模拟输入电压VIN的实例，而通过选择器21将地电位GND提供给基准输入端子14a，通过选择器22将电源电压VDD提供给模拟输入端子13a也可以。
此时，模拟开关13和15接通，模拟开关14断开时，电容器11的一端(a点)变为电源电压VDD。另一方面，由于模拟开关15接通，所以电容器11的另一端的电位(b点的电位)变为反相器电路12的阈值电压Vth，然后，在电容器中，充电与电源电压VDD和阈值电压Vth的差分相当的电荷。
接着，模拟开关13和15断开，模拟开关14接通时，电容器11的一端(a点)变为地电位GND。由于电源电压VDD＞地电位GND，所以电容器11的另一端(b点)的电位变得比阈值电压Vth低，即，b点的电位变为Vth-VDD，其结果，反相器电路12的输出侧变为高电平(电源电压)。
在该状态中，反相器电路12的输出侧为电源电压，所以在反相器电路12中不流动贯通电流，因而如上所述，A/D变换器的精度不下降。
如上所述，根据实施例1，在功率节省状态时，使比较器的反相器电路的输出侧为地电位或电源电压，所以在反相器电路中不流动贯通电流，其结果，可以降低消耗电力。
而且，通过开关等，在比较器内部强制地使反相器电路的输入侧不为地电位，所以开关起作为电容分量的作用，反相器电路的输入侧的电位不变动。其结果，不降低A/D变换器的精度。
实施例2实际上，在构成斩波型A/D变换器时，将多个斩波型比较器装载在一个基板(一个芯片)上。图4是表示其一例的图，在图4中，31～3N(N是2以上的整数)是比较器，41～4M(M＝N+1)是电阻器。电阻器41～4N构成串联连接的电阻电路，电阻器41连接到选择器21a。选择器21a有选择地将基准电压VREF和电源电压VDD连接到电阻器41。同样，电阻器4M连接到选择器21b，选择器21b有选择地将基准电压VREF和电源电压VDD连接到电阻器4M。比较器3n(n是1以上至N的整数)连接到电阻器4(m-1)和电阻器4m(m是2以上至M的整数)的连接点，进而，比较器3n通过选择器22有选择地连接模拟输入电压VIN和地电位GND。
各个比较器31～3N具有与图1说明的比较器20相同的结构，比较器3n的模拟输入端子13a连接到选择器22，比较器3n的基准输入端子14a连接到电阻器4(m-1)和电阻器4m(m为2以上至M的整数)的连接点。由于电阻器41～4M具有相同的电阻值，所以如上所述，对电阻器41和4M有选择地提供基准电压VREF或电源电压VDD时，提供给各比较器31～3N的基准输入端子14a的电压值变为相同的值。即，在各比较器31～3N的基准输入端子14a上输入由电阻电路分压的电压，但电阻41～4M具有相同的电阻值，而且在电阻器41和4M上分别输入基准电压VREF或电源电压VDD，所以提供给各比较器31～3N的基准输入端子14a的电压值为相同的值。
下面说明工作情况。
在图4中，选择器21a和21b连动，在为功率节省状态时，如图1的说明，选择器21a和21b被切换到电源电压VDD侧，选择器22被切换到地电位GND侧。然后，各比较器31～3N如图1相关的说明，切换比较器31～3N内的模拟开关，使反相器电路的输出侧变为地电位，图4所示的A/D变换装置成为功率节省状态。
此时，如图3的说明，通过控制器进行时钟信号的控制(即，各比较器31～3N内的模拟开关的切换控制)和选择器21a、21b、及22的切换控制。再有，如图1相关的说明，选择器21a和21b将基准电压VREF和地电位GND有选择地提供给各比较器31～3N，选择器22也可以将模拟输入电压VIN和电源电压VDD有选择地提供给各比较器31～3N。
而且，也可以包括选择器21和22，通过选择器21将基准电压VREF和电源电压VDD提供给各比较器31～3N，通过选择器22有选择地将模拟输入电压VIN和地电位GND提供给各比较器31～3N(即，不需要电阻电路)。
于是，在图4所示的例中，将多个斩波型比较器装载在一个芯片上，所以可以削减比较器的数目。此外，由于选择器的数目少，所以可以降低制造处理中的选择器的偏差(性能偏差)。
如上所述，根据实施例2，在功率节省状态时，使各比较器的反相器电路的输出侧为地电位或电源电压，所以在各反相器电路中不流动贯通电流，其结果，可以降低消耗电力。
而且，通过开关等，在各比较器内部强制地使反相器电路的输入侧为地电位，所以开关起电容分量作用，反相器电路的输入侧的电位不变动。其结果，各比较器的精度不下降。
此外，可将多个斩波型比较器装载在一个芯片上，所以可以削减比较器的数目。
如上所述，根据本发明，在比较器为功率节省状态时，将电源电压和地电位分别作为基准电压和模拟输入电压提供给比较器，而在反相器电路的输出变为地电位时，停止比较器内部的开关控制，即停止时钟信号，所以在反相器电路中不流动贯通电流，其结果，具有可以降低消耗功率的效果。
而且，通过开关等，在比较器内部强制地使反相器电路的输入侧为地电位，所以开关起电容分量作用，反相器电路的输入侧的电位不变动，具有不降低A/D变换器自身精度的效果。
根据本发明，在变为功率节省状态后，每经过预先规定的时间，按预定的定时来控制比较器内部的开关(供给时钟信号)，对电容器每次交替地供给电源电压和地电位，所以即使在变为功率节省状态后，也具有可以防止因构成反相器电路的晶体管的漏泄电流引起的输入侧电位的下降。
根据本发明，在具有多个比较器的A/D变换器中，在使各个比较器为功率节省状态时，将电源电压和地电位分别作为基准电压和模拟输入电压提供给各比较器，而在各反相器电路的输出变为地电位时，停止各比较器内部的开关控制，即，停止时钟信号，所以在反相器电路中不流动贯通电流，其结果，具有可以降低消耗功率的效果。
而且，通过开关等，在比较器内部不强制地使反相器电路的输入侧为地电位，所以开关起电容分量作用，反相器电路的输入侧的电位不变动，具有不降低A/D变换器自身精度的效果。
此外，将多个斩波型比较器装载于一个芯片，对各比较器有选择地提供电源电压、基准电压、模拟输入电压、及地电位，所以具有可以削减选择器数目的效果。
权利要求
1.一种斩波型模数变换器，包括反相器电路；连接到所述反相器的输入端的电容器；对所述电容器交替提供基准电压和模拟输入电压的第1开关部件；使所述反相器输入端和所述反相器输出端短路的第2开关部件；并包括比较器，该比较器按预定的定时控制所述第1开关部件和第2开关部件，从所述反相器输出端获得反相器输出信号；其特征在于，该斩波型模数变换器包括选择器部件，在所述比较器为功率节省状态时，以电源电压和地电位的一方作为所述基准电压提供给所述第1开关部件，以另一方作为所述模拟输入电压来提供；以及控制部件，在所述反相器输出信号变为所述地电位和电源电压的某一个时，停止控制所述第1和第2开关部件。
2.如权利要求1所述的斩波型模数变换器，其特征在于第1开关部件有连接到电容器的第1开关和连接到电容器的第2开关；选择器部件有将电源电压和基准电压有选择地提供给所述第1开关的第1选择器，以及将地电位和模拟输入电压有选择地提供给所述第2开关的第2选择器；控制部件在比较器为功率节省状态时，控制所述第1和所述第2选择器，将所述电源电压和所述地电位分别提供给所述第1和所述第2开关。
3.如权利要求2所述的斩波型模数变换器，其特征在于，第1和第2开关被交替开闭控制，按照所述第1和所述第2开关的开闭控制来开闭控制第2开关部件。
4.如权利要求3所述的斩波型模数变换器，其特征在于，在第1开关和第2开关部件闭合时，第2开关断开，而在所述第1开关和所述第2开关部件断开时，所述第2开关闭合。
5.如权利要求1所述的斩波型模数变换器，其特征在于，控制部件在变为功率节省状态后，每经过预先规定的时间，就按预定的定时控制第1和第2开关部件，对电容器每次交替提供电源电压和地电位。
6.如权利要求5所述的斩波型模数变换器，其特征在于，预先规定的时间按照构成反相器电路的晶体管的漏泄电流和存储在电容器中的电荷量来决定。
7.一种斩波型模数变换器，包括具有反相器输入端和反相器输出端的反相器电路；连接到所述反相器输入端的电容器；对所述电容器交替提供基准电压和模拟输入电压的第1开关部件；使所述反相器输入端和所述反相器输出端短路的第2开关部件；还包括按预定的定时控制所述第1和第2开关部件，从所述反相器输出端获得反相器输出信号的多个比较器；其特征在于，该斩波型模数变换器包括选择器部件，在各个所述比较器为功率节省状态时，以电源电压和地电位的一方作为所述基准电压提供给各个所述第1开关部件，以另一方作为所述模拟输入电压来提供；以及控制部件，在各个所述比较器的反相器输出信号变为所述地电位和电源电压的某一个时，停止控制各个所述比较器的第1和第2开关部件。
全文摘要
在斩波型A/D变换器中，降低消耗功率、同时防止精度下降。比较器(20)包括反相器电路；连接到反相器电路的输入端的电容器；对电容器交替提供基准电压和模拟输入电压的第1及第2开关；以及使反相器电路的输入端和输出端短路的开关(反相器开关)；按预定的定时控制这些开关，从反相器电路获得输出信号。在比较器为功率节省状态时，通过选择器(21)和(22)将电源电压和地电位分别作为电源电压和模拟输入电压提供给比较器。然后，在反相器电路的输出信号变为地电位时，停止控制第1及第2开关和反相器开关。
文档编号H03K5/08GK1416221SQ02125148
公开日2003年5月7日 申请日期2002年6月28日 优先权日2001年10月29日
发明者苗崎浩秀 申请人:三菱电机株式会社