特許 5917710 ＡＤ変換器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5917710

(24)【登録日】2016年4月15日

(45)【発行日】2016年5月18日

(54)【発明の名称】ＡＤ変換器

(51)【国際特許分類】

   H03M 1/38 20060101AFI20160428BHJP

【ＦＩ】

   H03M1/38

【請求項の数】12

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2014-541863(P2014-541863)

(86)(22)【出願日】2012年10月17日

(86)【国際出願番号】JP2012076811

(87)【国際公開番号】WO2014061117

(87)【国際公開日】20140424

【審査請求日】2015年4月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】302062931

【氏名又は名称】ルネサスエレクトロニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】出口 和亮

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 正雄

【審査官】 柳下 勝幸

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−２９５１０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／１２１６８３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１０／０１０６６１（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０３Ｍ１／００−１／８８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

非同期式の逐次比較型のＡＤ（Analog-to-Digital）変換器であって、
比較コードをＤＡ（Digital-to-Analog）変換するＤＡ変換器と、
アナログ入力信号と前記ＤＡ変換器の出力とを比較する比較器と、
前記比較器の出力を保持するラッチ回路と、
前記比較器が比較動作を開始してから制限時間が経過する前に前記比較器の出力が確定した場合には、確定された前記比較器の出力に基づいて前記比較コードを更新し、前記比較器の出力が確定する前に前記制限時間が経過した場合には、前記ラッチ回路に保持された前回の比較結果を用いて前記比較コードを更新する制御回路とを備えた、ＡＤ変換器。

【請求項2】

前記制御回路は、
前記比較器の出力が確定したときにアサートされる第１の判定信号を出力する第１の判定部と、
前記比較器が比較動作を開始してから前記制限時間が経過したときにアサートされる第２の判定信号を生成する第２の判定部と、
前記第１および第２の判定信号の少なくとも一方がアサートされたときに、前記比較コードを更新する第１の制御部とを含む、請求項１に記載のＡＤ変換器。

【請求項3】

前記比較器は、クロック信号がアサートされたときに比較動作を開始し、
前記制御回路は、前記クロック信号を生成する第２の制御部をさらに含み、
前記第２の制御部は、前記第１および第２の判定信号の少なくとも一方がアサートされたことに応答して前記クロック信号をネゲートし、前記クロック信号をネゲートしてから所定時間が経過したときに前記クロック信号をアサートするように構成されている、請求項２に記載のＡＤ変換器。

【請求項4】

前記第２の判定部は、前記クロック信号がネゲートされたときに前記第２の判定信号をネゲートする、請求項３に記載のＡＤ変換器。

【請求項5】

前記第２の判定部は、
前記クロック信号の立上がりおよび立下がりの両方のタイミングを前記制限時間だけ遅延させる遅延回路と、
前記クロック信号がアサートされ、かつ、前記遅延回路の出力信号がアサートされているときにアサートされる前記第２の判定信号を生成する第１の論理ゲートとを含む、請求項４に記載のＡＤ変換器。

【請求項6】

前記第２の判定部は、
前記クロック信号の立上がりおよび立下がりの両方のタイミングを前記制限時間だけ遅延させる遅延回路と、
前記クロック信号を受ける入力端子、前記クロック信号を受ける反転リセット端子、前記遅延回路の出力信号を受けるクロック端子、および前記第２の判定信号を出力する出力端子を有するＤラッチ回路とを含む、請求項４に記載のＡＤ変換器。

【請求項7】

前記遅延回路の遅延時間はレジスタの設定値に応じて調整可能である、請求項５または６に記載のＡＤ変換器。

【請求項8】

前記比較器は、
正相信号および逆相信号からなる差動信号によって比較結果を出力し、
前記クロック信号がネゲートされているとき、前記正相信号および前記逆相信号の両方を第１の論理レベルに固定し、
前記クロック信号がアサートされると、前記正相信号および前記逆相信号の一方を第２の論理レベルに変化させることによって出力を確定するように構成されており、
前記第１の判定部は、前記第１の判定信号を生成する第２の論理ゲートを含み、
前記第２の論理ゲートは、前記正相信号および前記逆相信号のいずれか一方が前記第１の論理レベルであり他方が前記第２の論理レベルであるとき前記第１の判定信号をアサートする、請求項３に記載のＡＤ変換器。

【請求項9】

前記第２の判定部は、
所定の入力電圧が入力され、前記クロック信号がアサートされると入力電圧に応じた差動出力信号を出力する、前記比較器と同一構成のレプリカ比較器と、
前記レプリカ比較器の差動出力信号に基づいて前記第２の判定信号を生成する、前記第２の論理ゲートと同一構成のレプリカ論理ゲートとを含み、
前記制限時間は、前記レプリカ比較器の入力電圧に応じて決まる、請求項８に記載のＡＤ変換器。

【請求項10】

前記レプリカ比較器の入力電圧は、前記ＡＤ変換器の最下位ビットに対応する電圧の１／２に等しい、請求項９に記載のＡＤ変換器。

【請求項11】

前記第２の論理ゲートは、排他的論理和ゲートを含む、請求項８に記載のＡＤ変換器。

【請求項12】

前記ラッチ回路には、前記比較器からの前記正相信号および前記逆相信号が入力され、
前記ラッチ回路の内部状態は、前記正相信号および前記逆相信号が共に前記第１の論理レベルのとき変化せず、前記正相信号および前記逆相信号の一方が前記第２の論理レベルに変化したことに応答してセット状態またはリセット状態に変化し、
前記第１の制御部は、前記ラッチ回路の出力信号に基づいて前記比較コードを生成する、請求項８に記載のＡＤ変換器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、ＡＤ（Analog-to-Digital）変換器に関し、たとえば、非同期式の逐次比較型ＡＤ変換器に好適に用いられるものである。

【背景技術】

【0002】

逐次比較型のＡＤ変換器は、典型的には２分探索法によってアナログ入力信号を２進数のデジタル値に変換するものである。逐次比較型のＡＤ変換器は、同期式と非同期式とに大別される。

【0003】

同期式のＡＤ変換器では、外部から供給されたクロックに基づいてサンプリング周期を決定するためのサンプリングクロックと、比較器の動作を制御するためのタイミングクロックとが生成される。ＡＤ変換器はこれらのクロックに同期して動作する。同期式のＡＤ変換器は、これらのクロックを生成する回路とクロック用の配線の引き回しが必要となるので、比較的消費電流が大きくなるとともに回路面積が大きくなってしまう。

【0004】

非同期式のＡＤ変換器は、比較動作が完了したことを示す信号に基づいて、次サイクルの比較動作を開始するものであり、一定周期のクロック信号の供給を必要としない。このため、同期式のＡＤ変換器に比べて低消費電力化および小面積化が可能になる（たとえば、Ｃｈｅｎ等による文献"A 6-bit 600-MS/s 5.3-mW Asynchronous ADC in 0.13-μm CMOS"、IEEE Journal of Solid-State Circuits、Vol.41、2006年12月、p.2669-2680（非特許文献１）を参照）。

【0005】

しかしながら、非同期方式のＡＤ変換器では、入力アナログ信号と基準信号との電位差の絶対値が小さくなるほど、比較器の出力信号が確定するまでの時間が長くなる。両者の電位差の絶対値が非常に小さい場合には、１回のＡＤ変換に必要な回数の比較が最後まで行なえないために、ＡＤ変換の誤差が極めて大きくなる。

【0006】

特開２０１０−４５５７９号公報（特許文献１）は、判定時間を短くするように構成された比較回路を開示する。具体的に、この文献の比較回路は、入力信号と基準信号とを比較する際に、基準信号よりも所定の値大きい第１の比較値と、基準信号よりも所定の値小さい第２の比較値とを生成する。比較回路は、入力信号と第１の比較値とを比較した結果に応じて第１の判定信号を生成する第１の比較器と、入力信号と第２の比較値とを比較した結果に応じて第２の判定信号を生成する第２の比較器とを含む。比較回路は、さらに、第１および第２の判定信号のうちいずれが先に生成されたかを検出し、先に生成された信号を選択して判定信号として出力する出力選択回路を含む。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１０−４５５７９号公報

【非特許文献】

【0008】

【非特許文献1】S. M. Chen and R. W. Brodersen、"A 6-bit 600-MS/s 5.3-mW Asynchronous ADC in 0.13-μm CMOS"、IEEE Journal of Solid-State Circuits、Vol.41、2006年12月、p.2669-2680

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

上記の特開２０１０−４５５７９号公報（特許文献１）に記載の比較回路を備えた逐次比較型のＡＤ変換器では、逐次比較レジスタで生成された比較コードをＤＡ（Digital-to-Analog）変換することによって基準信号が得られる。このアナログの基準信号に対して正負の所定のアナログ電圧を加算することによって上記第１の比較値および第２の比較値が生成される。このため、第１および第２の比較値にはアナログ電圧の加算に伴う誤差が含まれることになり、最終的なＡＤ変換誤差が大きくなるという問題がある。第１および第２の比較値を生成するために２個のＤＡ変換器を設ければアナログ電圧の加算は必要でなくなるが、回路面積が大きくなってしまう。

【0010】

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

【課題を解決するための手段】

【0011】

一実施の形態による逐次比較型のＡＤ変換器は、アナログ入力信号とＤＡ変換された比較コードとを比較する比較器と、制御回路とを含む。制御回路は、比較器が比較動作を開始してから制限時間が経過する前に比較器の出力が確定した場合には、確定された比較器の出力に基づいて比較コードを更新し、比較器の出力が確定する前に制限時間が経過した場合には、比較器の前回の比較結果を用いて比較コードを更新する。

【発明の効果】

【0012】

上記の一実施の形態のＡＤ変換器によれば、比較器の入力電位差の絶対値が非常に小さくなった場合でも所望の時間内に誤差の小さなＡＤ変換値を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施の形態１によるＡＤ変換器を備えた半導体装置の全体構成の一例を概略的に示すブロック図である。

【図2】図１のＡＤ変換器の構成を示すブロック図である。

【図3】図２の比較器およびＳＲラッチ回路の構成の一例を示す回路図である。

【図4】図２のＡＤ変換器の各部の信号波形の一例を模式的に示す図である。

【図5】実施の形態１のＡＤ変換器による変換動作を説明するための図である。

【図6】実施の形態２によるＡＤ変換器の一部の構成を示す図である。

【図7】図６の制限時間判定回路の動作を説明するための図である。

【図8】図６の遅延回路の詳細な構成の一例を示す図である。

【図9】実施の形態３によるＡＤ変換器の一部の構成を示す図である。

【図10】実施の形態４によるＡＤ変換器の一部の構成を示す図である。

【図11】実施の形態５によるＡＤ変換器の一部の構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、各実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰返さない。

【0015】

＜実施の形態１＞
［半導体装置の構成例］
図１は、実施の形態１によるＡＤ変換器を備えた半導体装置の全体構成の一例を概略的に示すブロック図である。

【0016】

図１を参照して、半導体装置１は、マイクロコントロールユニット（ＭＣＵ：Micro Control Unit）２、逐次比較型のＡＤ変換器１０、クロック生成器３、その他の周辺回路４、および図示しない電源回路などを含む。ＭＣＵ２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）コア、メモリ、タイマ、および入出力インターフェースなどを含む。ＡＤ変換器１０およびその他の周辺回路４はＭＣＵ２と接続され、ＭＣＵ２によって制御される。クロック生成器３は、半導体装置１の動作の基準となるクロックを生成して、各ユニットに供給する。

【0017】

［ＡＤ変換器の構成］
図２は、図１のＡＤ変換器の構成を示すブロック図である。図２を参照して、ＡＤ変換器１０は、非同期式の逐次比較型のＡＤ変換器である。ＡＤ変換器１０は、ＤＡ変換器（ＤＡＣ：Digital-to-Analog Converter）１４と、ラッチ回路付きの比較器１１と、ＳＲ（Set-Reset）ラッチ回路１２と、制御回路１３とを含む。

【0018】

１．ＤＡ変換器１４
ＤＡ変換器１４は、制御回路１３から出力された比較コードＣＣをＤＡ変換する。ＤＡ変換器１４は、サンプリングされたアナログ入力信号ＶＩＮ（正相信号ＶＩＮＰ，逆相信号ＶＩＮＮ）とＤＡ変換された比較コードＣＣとの電位差を表わす差動信号ＤＡＣＯＵＴ（正相信号ＤＡＣＯＵＴＰ，逆相信号ＤＡＣＯＵＴＮ）を生成して比較器１１に出力する。

【0019】

ＤＡ変換器１４の構成は、容量ＤＡＣでもよいし、容量主ＤＡＣと抵抗副ＤＡＣとを組み合わせたものでもよいし、抵抗ＤＡＣでもよい。

【0020】

２．比較器およびＳＲラッチ回路
２−１．概要
比較器１１は、差動入力・差動出力の完全差動アンプにラッチ回路の機能を付加したものである。比較器１１には、ＤＡ変換器１４から出力された差動信号ＤＡＣＯＵＴ（正相信号ＤＡＣＯＵＴＰ，逆相信号ＤＡＣＯＵＴＮ）が入力される。比較器１１は、差動入力信号ＤＡＣＯＵＴの値に応じて、正相信号ＬＡＴＣＨＯＵＴＰおよび逆相信号ＬＡＴＣＨＯＵＴＮのうち一方がＨレベル（ハイレベル：High Level）となり、他方がＬレベル（ローレベル：Low Level）となる差動信号ＬＡＴＣＨＯＵＴを生成して出力する。差動出力信号ＬＡＴＣＨＯＵＴは、ＳＲラッチ回路１２に保持されるとともに制御回路１３に出力される。

【0021】

なお、サンプリングされた入力信号ＶＩＮとＤＡ変換された比較コードＣＣとがそれぞれシングルエンド信号として比較器１１に入力され、比較器１１は、入力された両シングルエンド信号の電位差に応じて差動信号ＬＡＴＣＨＯＵＴを出力するように構成されていてもよい。

【0022】

比較器１１には、さらにクロック信号ＣＬＫＣＯＭＰが入力される。比較器１１は、クロック信号ＣＬＫＣＯＭＰがアサート（assert）されると、比較動作を開始する。比較器１１は、クロック信号ＣＬＫＣＯＭＰがネゲート（negate）されるとリセットされる。実施の形態１の場合、クロック信号ＣＬＫＣＯＭＰはＨアクティブの信号として定められており、Ｈレベルのときクロック信号ＣＬＫＣＯＭＰはアサートされており、Ｌレベルのときクロック信号ＣＬＫＣＯＭＰはネゲートされている。無論、クロック信号ＣＬＫＣＯＭＰをＬアクティブの信号として定めても構わない。

【0023】

実施の形態１の場合、リセットされた比較器１１から出力される正相信号ＬＡＴＣＨＯＵＴＰおよび逆相信号ＬＡＴＣＨＯＵＴＮは、共にＨレベルである。クロック信号ＣＬＫＣＯＭＰがアサートされると、差動入力信号ＤＡＣＯＵＴの値に応じて、正相信号ＬＡＴＣＨＯＵＴＰおよび逆相信号ＬＡＴＣＨＯＵＴＮの一方がＬレベルに変化する。

【0024】

２−２．詳細な回路構成例
図３は、図２の比較器およびＳＲラッチ回路の構成の一例を示す回路図である。図３を参照して、比較器１１は、ＰＭＯＳ（Positive-channel Metal Oxide Semiconductor）トランジスタＭＰ０〜ＭＰ５と、ＮＭＯＳ（Negative-channel Metal Oxide Semiconductor）トランジスタＭＮ０〜ＭＮ３，ＭＮ６とを含む。

【0025】

ＰＭＯＳトランジスタＭＰ０およびＮＭＯＳトランジスタＭＮ２，ＭＮ０は、電源ノードＶＤＤとノードＮＤ４との間にこの順で互いに直列に接続される。ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１およびＮＭＯＳトランジスタＭＮ３，ＭＮ１は、電源ノードＶＤＤとノードＮＤ４との間にこの順で互いに直列に、かつ直列接続されたトランジスタＭＰ０，ＭＮ２，ＭＮ０と並列に接続される。ＮＭＯＳトランジスタＭＮ０，ＭＮ１は差動対を構成し、図２のＤＡ変換器１４の出力信号ＤＡＣＯＵＴＰ，ＤＡＣＯＵＴＮをそれぞれのゲートに受ける。ＰＭＯＳトランジスタＭＰ０およびＮＭＯＳトランジスタＭＮ２の各ゲートは、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１およびＮＭＯＳトランジスタＭＮ３の接続ノードＮＤ１（比較器１１の非反転出力ノード）に接続される。ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１およびＮＭＯＳトランジスタＭＮ３の各ゲートは、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ０およびＮＭＯＳトランジスタＭＮ２の接続ノードＮＤ０（比較器１１の反転出力ノード）に接続される。これにより、トランジスタＭＰ０，ＭＰ１，ＭＮ２，ＭＮ３はラッチ回路を構成する。接続ノードＮＤ１（比較器１１の非反転出力ノード）からは正相信号ＬＡＴＣＨＯＵＴＰが出力され、接続ノードＮＤ０（比較器１１の反転出力ノード）からは逆相信号ＬＡＴＣＨＯＵＴＮが出力される。

【0026】

ＮＭＯＳトランジスタＭＮ６は、ノードＮＤ４と接地ノードＶＳＳとの間に接続される。ＮＭＯＳトランジスタＭＮ６のゲートにはクロック信号ＣＬＫＣＯＭＰが入力される。ＮＭＯＳトランジスタＭＮ６は、クロック信号ＣＬＫＣＯＭＰがＬレベルのときオフ状態になり、クロック信号ＣＬＫＣＯＭＰがＨレベルのときオン状態になり定電流源として機能する。

【0027】

ＰＭＯＳトランジスタＭＰ２は電源ノードＶＤＤと接続ノードＮＤ０との間に接続され、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ３は電源ノードＶＤＤと接続ノードＮＤ１との間に接続される。ＰＭＯＳトランジスタＭＰ４は、ＮＭＯＳトランジスタＮＭ２，ＭＮ０の接続ノードＮＤ２と電源ノードＶＤＤとの間に接続される。ＰＭＯＳトランジスタＭＰ５は、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ３，ＭＮ１の接続ノードＮＤ３と電源ノードＶＤＤとの間に接続される。これらのＰＭＯＳトランジスタＭＰ２〜ＭＰ５の各ゲートには、クロック信号ＣＬＫＣＯＭＰが入力される。ＰＭＯＳトランジスタＭＰ２〜ＭＰ５は、クロック信号ＣＬＫＣＯＭＰがＨレベルのときオフ状態となる（比較器１１は動作状態）。クロック信号ＣＬＫＣＯＭＰがＬレベルのときオン状態となり（比較器１１はリセット状態）、このとき比較器１１の出力ノードＮＤ１，ＮＤ０は、Ｈレベルに固定される。

【0028】

ＳＲラッチ回路１２は、比較器１１の出力信号ＬＡＴＣＨＯＵＴＰ，ＬＡＴＣＨＯＵＴＮをそれぞれ受けるインバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２と、ＮＯＲゲートＮＲ１，ＮＲ２とを含む。ＮＯＲゲートＮＲ１は、インバータＩＮＶ１の出力信号とＮＯＲゲートＮＲ２の出力信号とのＯＲ演算結果を反転した信号を出力する。ＮＯＲゲートＮＲ２は、インバータＩＮＶ２の出力信号とＮＯＲゲートＮＲ１の出力信号とのＯＲ演算結果を反転した信号を出力する。ＮＯＲゲートＮＲ２の出力信号は、ＳＲラッチ回路の出力信号ＣＯＭＰＯＵＴとして制御回路１３に出力される。

【0029】

クロック信号ＣＬＫＣＯＭＰがネゲートされている場合、すなわち、比較器１１の出力信号ＬＡＴＣＨＯＵＴＰ，ＬＡＴＣＨＯＵＴＮが両方ともＨレベルの場合、ＳＲラッチ回路１２の内部状態は変化せず、出力信号ＣＯＭＰＯＵＴの論理レベルは変化しない。クロック信号ＣＬＫＣＯＭＰがアサートされると、比較器１１は、差動入力信号ＤＡＣＯＵＴＰに応じた差動信号ＬＡＴＣＨＯＵＴをＳＲラッチ回路１２に出力する。比較器１１の入力正相信号ＤＡＣＯＵＴＰが入力逆相信号ＤＡＣＯＵＴＮよりも大きいとき、出力正相信号ＬＡＴＣＨＯＵＴＰはＨレベルのまま維持され、出力逆相信号ＬＡＴＣＨＯＵＴＮはＬレベルに変化する。このとき、ＳＲラッチ回路１２の出力信号ＣＯＭＰＯＵＴはＬレベルになる。比較器１１の入力正相信号ＤＡＣＯＵＴＰが入力逆相信号ＤＡＣＯＵＴＮよりも小さいとき、出力正相信号ＬＡＴＣＨＯＵＴＰはＬレベルに変化し、出力逆相信号ＬＡＴＣＨＯＵＴＮはＨレベルのまま維持される。このとき、ＳＲラッチ回路１２の出力信号ＣＯＭＰＯＵＴはＨレベルになる。

【0030】

２−３．図３の変形例
図３の比較器１１において、電源ノードＶＤＤと接地ノードＶＳＳとを入れ替え、各ＰＭＯＳトランジスタをＮＭＯＳトランジスタに変更し、各ＮＭＯＳトランジスタをＰＭＯＳトランジスタに変更するようにしてもよい。この場合、ＳＲラッチ回路１２は、インバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２を含まずにＮＯＲゲートＮＲ１，ＮＲ２のみによって構成される。

【0031】

上記の構成の場合、比較器１１には、クロック信号ＣＬＫＣＯＭＰの論理レベルを反転した信号が入力される。クロック信号ＣＬＫＣＯＭＰがネゲートされているとき、比較器１１の出力信号ＬＡＴＣＨＯＵＴＰ，ＬＡＴＣＨＯＵＴＮは共にＬレベルになる。クロック信号ＣＬＫＣＯＭＰがアサートされると、比較器１１は差動入力信号ＤＡＣＯＵＴに応じて出力信号ＬＡＴＣＨＯＵＴＰ，ＬＡＴＣＨＯＵＴＮの一方がＨレベルに変化する。この差動出力信号ＬＡＴＣＨＯＵＴの変化に応答して、ＳＲラッチ回路１２の内部状態が変化する。

【0032】

３．制御回路
再び図２を参照して、制御回路１３は、比較器１１の出力が確定したか否かを判定するための論理ゲート（ＮＡＮＤゲート）１５と、制限時間判定回路１６と、論理ゲート（ＯＲゲート）１７と、クロック生成回路１８と、逐次比較制御回路２０とを含む。

【0033】

３−１．論理ゲート（ＮＡＮＤゲート）１５
論理ゲート１５は、比較器１１の出力信号ＬＡＴＣＨＯＵＴＰ，ＬＡＴＣＨＯＵＴＮのＮＡＮＤ演算を行なう２入力ＮＡＮＤ回路である。クロック信号ＣＬＫＣＯＭＰがネゲートされているとき、比較器１１の出力信号ＬＡＴＣＨＯＵＴＰ，ＬＡＴＣＨＯＵＴＮは共にＨレベルであるので、論理ゲート１５の出力信号Ｍａｉｎ＿ｉｎはＬレベルになる。クロック信号ＣＬＫＣＯＭＰがアサートされ、比較器１１の出力信号ＬＡＴＣＨＯＵＴＰ，ＬＡＴＣＨＯＵＴＮのＮＡＮＤの一方がＬレベルに変化すると（すなわち、比較器１１の出力が確定すると）、論理ゲート１５の出力信号Ｍａｉｎ＿ｉｎはＨレベルに変化する。実施の形態１では、論理ゲートの出力信号Ｍａｉｎ＿ｉｎをＨアクティブとしている。

【0034】

以上をまとめると、論理ゲート１５は、比較器１１の出力が確定したか否かを判定する判定部として機能する。比較器１１の出力が確定すると、論理ゲート１５の出力信号（判定信号）Ｍａｉｎ＿ｉｎはＬレベルからＨレベルに変化する（アサートされる）。

【0035】

なお、上記２−３で説明したように、リセット状態の比較器１１の出力信号ＬＡＴＣＨＯＵＴＰ，ＬＡＴＣＨＯＵＴＮが共にＬレベルのときには、論理ゲート１５は、たとえばＯＲゲートによって構成される。

【0036】

３−２．制限時間判定回路
制限時間判定回路１６は、クロック信号ＣＬＫＣＯＭＰがアサートされてから制限時間が経過すると、出力信号Ｓｕｂ＿ｉｎをＬレベルからＨレベルに切替える（実施の形態１では、制限時間判定回路１６の出力信号Ｓｕｂ＿ｉｎをＨアクティブと定める）。すなわち、制限時間判定回路１６は、クロック信号ＣＬＫＣＯＭＰがアサートされてから制限時間が経過したか否かを判定する判定部として機能する。制限時間が経過すると、制限時間判定回路１６の出力信号（判定信号）Ｓｕｂ＿ｉｎはＬレベルからＨレベルに変化する（アサートされる）。

【0037】

制限時間判定回路１６は、クロック信号ＣＬＫＣＯＭＰがネゲートされると、逐次比較制御回路２０の動作に影響を及ぼさないようにするために、出力信号Ｓｕｂ＿ｉｎを即座にＬレベルに戻す（ネゲートする）。

【0038】

３−３．論理ゲート（ＯＲゲート）１７
論理ゲート（ＯＲゲート）１７は、論理ゲート１５の出力信号Ｍａｉｎ＿ｉｎと制限時間判定回路１６の出力信号Ｓｕｂ＿ｉｎの少なくとも一方がアサートされたときに出力信号ＶＡＬＩＤをアサートする（実施の形態１では、ＶＡＬＩＤ信号をＨアクティブと定める）。

【0039】

一般に、サンプリングされた入力信号ＶＩＮとＤＡ変換された比較コードＣＣとの電位差（すなわち、比較器１１の入力電位差）の絶対値が小さくなるにつれて、比較器１１の出力が確定するまでの時間が長くなる。入力電位差の絶対値が非常に小さい場合において全ビットのＡＤ変換が完了しなくなるような事態を避けるために、上記の制限時間が設定されている。比較器１１の出力が確定しなくても、クロック信号ＣＬＫＣＯＭＰがアサートされてから（すなわち、比較器１１が比較動作を開始してから）制限時間が経過するとＶＡＬＩＤ信号がアサートされる。このＶＡＬＩＤ信号に応答してクロック生成回路１８および逐次比較制御回路２０は、次のサイクルに進む。

【0040】

制限時間は、ＡＤ変換のビット精度に応じて、次のサンプリング期間が開始するまでの間に、必要な回数の比較動作が全て完了するように決定される。もしくは、比較器１１に入力される差動信号ＤＡＣＯＵＴの絶対値がＡＤ変換器の量子化誤差（±０．５×ＬＳＢ、ただし、ＬＳＢ：Least Significant Bit）の絶対値よりも小さい場合には、次のサイクルに進むように制限時間を決定してもよい。

【0041】

３−４．クロック生成回路
サンプリング期間を示すクロック信号ＣＬＫＩＮがネゲートされたこと（実施の形態１の場合、ＨレベルからＬレベルに切替わったこと）に応答して、クロック生成回路１８は、比較器１１に出力するクロック信号ＣＬＫＣＯＭＰをアサートする（ＬレベルからＨレベルに切替える）。これによって、比較器１１による最初の比較動作が開始される。この時点ではＶＡＬＩＤ信号はネゲートされている（Ｌレベルである）。

【0042】

クロック生成回路１８は、ＶＡＬＩＤ信号がアサートされたこと（ＬレベルからＨレベルへの切替わること）を検知してから所定時間が経過するとクロック信号ＣＬＫＣＯＭＰをネゲートする（Ｌレベルに切替える）。これによって、比較器１１がリセット状態に切替わる。

【0043】

クロック生成回路１８は、クロック信号ＣＬＫＣＯＭＰをネゲートしてから所定時間が経過するとクロック信号ＣＬＫＣＯＭＰをアサートする（Ｈレベルに切替える）。これによって、次サイクルの比較動作が開始される。

【0044】

３−５．逐次比較制御回路
逐次比較制御回路２０は、ＶＡＬＩＤ信号がアサートされたことを検知すると、ＳＲラッチ回路１２の出力信号ＣＯＭＰＯＵＴに基づいて比較コードＣＣを更新する。すなわち、逐次比較制御回路２０は、制限時間が経過する前に比較器１１の出力が確定した場合には、ＳＲラッチ回路１２に保持されている確定後の比較器１１の比較結果に基づいて、次のサイクルで用いられる比較コードＣＣを生成する。逐次比較制御回路２０は、比較器１１の出力が確定する前に制限時間が経過した場合には、ＳＲラッチ回路１２に保持されている前回の比較結果を今回の比較結果として用いて次のサイクルで用いられる比較コードＣＣを生成する。

【0045】

なお、図５で後述するように、比較器１１の出力が確定する前に制限時間が経過したとしても、制限時間を適切に設定すれば、最終的なＡＤ変換誤差は１ＬＳＢ程度である。

【0046】

図２に示すように、逐次比較制御回路２０は、より詳細には、シフトレジスタ２１と、ビットレジスタ２２と、ラッチ回路２３と、遅延回路２４とを含む。シフトレジスタ２１の値は、ＶＡＬＩＤ信号に応答して更新される。シフトレジスタ２１の各ビットはＳｔａｔｅ信号に対応する。Ｓｔａｔｅ信号は何サイクル目の比較動作が行なわれているかの情報を表わす。ビットレジスタ２２の値は、各サイクルごとにＳＲラッチ回路１２の出力信号ＣＯＭＰＯＵＴに基づいて更新される。ビットレジスタ２２の内容は、比較コードＣＣとしてＤＡ変換器１４に出力されるとともに、ラッチ回路２３に保持される。クロック信号ＣＬＫＩＮが立ち下がることによってサンプリング期間が終了してから、遅延回路２４によって決まる所定時間が経過したとき、ラッチ回路２３に保持されているデジタル値がＡＤ変換出力として出力される。

【0047】

［ＡＤ変換器の動作］
図４は、図２のＡＤ変換器の各部の信号波形の一例を模式的に示す図である。図４では、上から順に、クロック信号ＣＬＫＩＮ、クロック信号ＣＬＫＣＯＭＰ、比較器１１の出力信号ＬＡＴＣＨＯＵＴ、論理ゲート１５の出力信号Ｍａｉｎ＿ｉｎ、制限時間判定回路１６の出力信号Ｓｕｂ＿ｉｎ、ＶＡＬＩＤ信号、およびＳＲラッチ回路１２の出力信号ＣＯＭＰＯＵＴが示されている。出力信号ＣＯＭＰＯＵＴはＨレベルまたはＬレベルの値を示す１ビットの信号であるが、図４では、Ｈレベルの場合とＬレベルの場合とが重ねて示されている。図４には、さらに、シフトレジスタ２１の第１番目と第２番目のビットに対応するＳｔａｔｅ信号、比較コードＣＣ、およびＤＡ変換器１４の出力信号が示されている。図４では図示されていないが、ＤＡ変換器１４の出力は、実際には比較コードＣＣの値に応じて変化する。以下、図２、図４を参照して、ＡＤ変換器１０の動作について総括的に説明する。

【0048】

時刻ｔ１〜ｔ２の期間で、クロック信号ＣＬＫＩＮがＨレベルになる。この期間で差動入力信号ＶＩＮＰ，ＶＩＮＮがサンプリングされる。

【0049】

時刻ｔ２でクロック信号ＣＬＫＩＮがＬレベルに立ち下がると、ＤＡ変換器１４の出力信号ＤＡＣＯＵＴＰ，ＤＡＣＯＵＴＮが比較器１１に入力される。さらに、クロック信号ＣＬＫＩＮの立下がりに応答して、クロック生成回路１８は、クロック信号ＣＬＫＣＯＭＰをＨレベルに切替える（時刻ｔ３）。クロック信号ＣＬＫＣＯＭＰがＨレベルに切替わると、比較器１１は第１サイクルでの比較動作を開始する。

【0050】

次の時刻ｔ４に、比較器１１から出力される正相信号ＬＡＴＣＨＯＵＴＰおよび逆相信号ＬＡＴＣＨＯＵＮのうちの一方がＬレベルに変化する（すなわち、比較器１１の出力が確定する）。比較器１１の出力信号ＬＡＴＣＨＯＵＴの変化に応答して、論理ゲート１５の出力信号Ｍａｉｎ＿ｉｎがＨレベルに切替わり、さらにＶＡＬＩＤ信号がＨレベルに切替わる（時刻ｔ５）。第１サイクルでは、比較器１１の出力が確定するタイミング（時刻ｔ４）は、クロック信号ＣＬＫＣＯＭＰが立ち上がってから制限時間ＴＰ１が経過した時刻である時刻ｔ６よりも前である。

【0051】

時刻ｔ５におけるＶＡＬＩＤ信号の立上がりに応答して、第１番目のＳｔａｔｅ信号がＨレベルに切替わる。さらに、比較器１１の出力信号ＬＡＴＣＨＯＵＴの変化に応答して、ＳＲラッチ回路１２の出力信号ＣＯＭＰＯＵＴが変化する。逐次比較制御回路２０は、ＳＲラッチ回路１２の出力信号ＣＯＭＰＯＵＴに基づいて比較コードＣＣを更新する。

【0052】

クロック生成回路１８は、ＶＡＬＩＤ信号がＨレベルに切替わった時刻ｔ５から所定時間ＴＰ２が経過すると、クロック信号をＬレベルに切替える（時刻ｔ７）。クロック生成回路１８は、さらに、クロック信号ＣＬＫＣＯＭＰをＬレベルに切替えてから所定時間ＴＰ３が経過するとクロック信号ＣＬＫＣＯＭＰをＨレベルに切替える（時刻ｔ８）。クロック信号ＣＬＫＣＯＭＰがＨレベルに切替わると、比較器１１は次の第２サイクルでの比較動作を開始する。

【0053】

次の時刻ｔ９に、クロック信号ＣＬＫＣＯＭＰが立ち上がってから制限時間ＴＰ１が経過し、制限時間判定回路１６の出力信号Ｓｕｂ＿ｉｎがＨレベルに切替わる。これによってＶＡＬＩＤ信号がＨレベルに切替わる（時刻ｔ１０）。第２サイクルでは、制限時間ＴＰ１が経過した時刻ｔ９よりも後である時刻ｔ１１に、比較器１１の出力が確定する。

【0054】

時刻ｔ１０におけるＶＡＬＩＤ信号の立上がりに応答して、第２番目のＳｔａｔｅ信号がＨレベルに切替わる。逐次比較制御回路２０は、ＳＲラッチ回路１２の出力信号ＣＯＭＰＯＵＴに応じて比較コードＣＣを更新するが、この時点では、ＳＲラッチ回路１２の出力信号ＣＯＭＰＯＵＴは変化していない。すなわち、逐次比較制御回路２０は、前回の比較器１１の比較結果を今回の比較結果として用いて比較コードＣＣを更新する。

【0055】

以下同様に、クロック生成回路１８は、ＶＡＬＩＤ信号がＨレベルに切替わった時刻ｔ１０から所定時間ＴＰ２が経過すると、クロック信号をＬレベルに切替える（時刻ｔ１２）。クロック生成回路１８は、クロック信号ＣＬＫＣＯＭＰをＬレベルに切替えてから所定時間ＴＰ３が経過するとクロック信号ＣＬＫＣＯＭＰをＨレベルに切替える（時刻ｔ１３）。クロック信号ＣＬＫＣＯＭＰがＨレベルに切替わると、比較器１１は次の第３サイクルでの比較動作を開始する。

【0056】

［ＡＤ変換の具体例］
図５は、実施の形態１のＡＤ変換器による変換動作を説明するための図である。図５に示す例では、２分探索方式による５ビットのＡＤ変換の例が示されている。入力信号ＶＩＮの値を１０進数で８．１であるとする。図２、図５を参照して、まず、比較動作に制限時間が設けられていない場合について説明する。

【0057】

第１番目のサイクルでは、逐次比較制御回路２０は、比較コードを“１００００”に設定する。比較器１１による比較の結果、入力信号（８．１）よりも比較コードのＤＡ変換値（１０進数で１６）のほうが大きいので、逐次比較制御回路２０は、最上位ビット（ＭＳＢ：Most Significant Bit）の値を“０”に確定し、次の第２番目のサイクルにおける比較コードを“０１０００”に設定する。

【0058】

第２番目のサイクルでは、入力信号（８．１）よりも比較コードのＤＡ変換値（１０進数で８）のほうが小さいので、逐次比較制御回路２０は、第２番目のビットの値を“１”に確定し、次の第３番目のサイクルにおける比較コードを“０１１００”に設定する。

【0059】

第３番目のサイクルでは、入力信号（８．１）よりも比較コードのＤＡ変換値（１０進数で１２）のほうが大きいので、逐次比較制御回路２０は、第３番目のビットの値を“０”に確定し、次の第４番目のサイクルにおける比較コードを“０１０１０”に設定する。

【0060】

第４番目のサイクルでは、入力信号（８．１）よりも比較コードのＤＡ変換値（１０進数で１０）のほうが大きいので、逐次比較制御回路２０は、第４番目のビットの値を“０”に確定し、次の第５番目のサイクルにおける比較コードを“０１００１”に設定する。

【0061】

第５番目のサイクルでは、入力信号（８．１）よりも比較コードのＤＡ変換値（１０進数で９）のほうが大きいので、逐次比較制御回路２０は、最下位ビット（ＬＳＢ）の値を“０”に確定し、最終的なＡＤ変換値を“０１０００”に確定する。

【0062】

次に、比較動作に制限時間が設けられている場合について説明する。具体的には、上記の第２番目のサイクルにおいて、比較器１１の出力が確定する前に制限時間が経過し、図２の制限時間判定回路１６の出力信号Ｓｕｂ_ｉｎがアサートされたとする。この場合、逐次比較制御回路２０は、第２番目のビットの値を１つ前のビットである最上位ビットと同じ値である“０”に確定し、次の第３番目のサイクルの比較コードを“００１００”に設定する。

【0063】

第３番目のサイクルでは、入力信号（８．１）よりも比較コードのＤＡ変換値（１０進数で４）のほうが小さいので、逐次比較制御回路２０は、第３番目のビットの値を“１”に確定し、次の第４番目のサイクルにおける比較コードを“００１１０”に設定する。

【0064】

第４番目のサイクルでは、入力信号（８．１）よりも比較コードのＤＡ変換値（１０進数で６）のほうが小さいので、逐次比較制御回路２０は、第４番目のビットの値を“１”に確定し、次の第５番目のサイクルにおける比較コードを“００１１１”に設定する。

【0065】

第５番目のサイクルでは、入力信号（８．１）よりも比較コードのＤＡ変換値（１０進数で７）のほうが小さいので、逐次比較制御回路２０は、最下位ビット（ＬＳＢ）の値を“１”に確定し、最終的なＡＤ変換値を“００１１１”に確定する。

【0066】

上記のように、比較動作に制限時間が設けられている場合と、設けられていない場合とで、ＡＤ変換値の差は１ＬＳＢでしかない。公知の冗長サイクルの技術を用いてさらに１〜２回の比較動作を行なえば、最下位ビットの値まで正確に決定することができる。

【0067】

なお、比較器１１の出力が確定する前に制限時間が経過した場合には、必ずしも前回の比較結果をそのまま用いる必要はない。上記の例では、第２番目のビットの値を“０”に確定した場合の最終的なＡＤ変換値は“００１１１”になり、第２番目のビットの値を“１”に確定した場合の最終的なＡＤ変換値は“０１０００”になる。したがって、第２番目のビットの値を“０”および“１”のいずれに確定したとしても、最終的なＡＤ変換値の差は１ＬＳＢでしかない。

【0068】

［実施の形態１の効果］
実施の形態１によれば、ＡＤ変換器１０は、比較器１１が比較動作を開始してから制限時間が経過したときには、比較器１１の出力が確定しなくても次のサイクルに進むように動作する。この結果、あるサイクルでの比較器１１の入力電圧の差（または差動入力信号の値）の絶対値が非常に小さくなった場合でも所望の時間内に誤差の小さなＡＤ変換値を得ることができる。

【0069】

＜実施の形態２＞
図６は、実施の形態２によるＡＤ変換器の一部の構成を示す図である。実施の形態２によるＡＤ変換器１０Ａは、図２の制限時間判定回路１６をより具体的な構成に変更したものである。図６を参照して、制限時間判定回路１６Ａは、遅延回路３０と論理ゲート（ＡＮＤゲート）３１とを含む。

【0070】

遅延回路３０は、クロック信号ＣＬＫＣＯＭＰの立上がりおよび立下がりの両方のタイミングを遅延させる。遅延回路３０の遅延時間は、実施の形態１で説明した制限時間ＴＰ１に相当する。遅延回路３０の遅延時間は、ＡＤ変換器１０Ａに設けられたレジスタ２９の各ビットの値によって調整することができる。レジスタ２９の内容は、図１のＭＣＵ２から書き換えることができる。

【0071】

論理ゲート（ＡＮＤゲート）３１は、クロック信号ＣＬＫＣＯＭＰと遅延回路３０の出力信号とを受ける。クロック信号ＣＬＫＣＯＭＰがアサートされ（Ｈレベル）、かつ、遅延回路３０の出力信号がアサートされている（Ｈレベル）ときに、論理ゲート３１の出力信号Ｓｕｂ＿ｉｎがアサートされる（Ｈレベルになる）。

【0072】

その他のＡＤ変換器１０Ａの構成は図２の場合と同じであるので、説明を繰り返さない。図６において図２と同一の部分には同一の参照符号を付している。

【0073】

図７は、図６の制限時間判定回路の動作を説明するための図である。図６、図７を参照して、時刻ｔ１でクロック信号ＣＬＫＣＯＭＰがＨレベルに切替わり、時刻ｔ３でクロック信号ＣＬＫＣＯＭＰがＬレベルに切替わったとする。遅延回路３０の出力信号の立上がりおよび立下がりはそれぞれ時刻ｔ２およびｔ４まで遅延する。

【0074】

論理ゲート３１の出力信号Ｓｕｂ＿ｉｎは、クロック信号ＣＬＫＣＯＭＰと遅延回路３０の出力信号とに対してＡＮＤ演算を行なったものになる。したがって、制限時間判定回路１６Ａの出力信号Ｓｕｂ＿ｉｎは、クロック信号ＣＬＫＣＯＭＰがアサートされるタイミング（時刻ｔ１）よりも遅延回路３０の遅延時間（制限時間に対応する）だけ遅れて、時刻ｔ２にアサートされる（Ｈレベルに切替わる）。時刻ｔ３においてクロック信号ＣＬＫＣＯＭＰがネゲートされると、制限時間判定回路１６Ａの出力信号Ｓｕｂ＿ｉｎは即座にネゲートされる（Ｌレベルに切替わる）。すなわち、図２で説明した制限時間判定回路１６と同じ動作が実現できている。

【0075】

図８は、図６の遅延回路の詳細な構成の一例を示す図である。図８を参照して、遅延回路３０は、直列接続された複数の遅延部ＤＬ１，ＤＬ２，…，ＤＬｎを含む。遅延部ＤＬ１，ＤＬ２，…，ＤＬｎはレジスタ２９のビットにそれぞれ対応する。各遅延部は同様の構成を有しており、レジスタ２９の対応のビットによって遅延時間が制御される。図８では、遅延部ＤＬ１の構成が代表的に示されている。

【0076】

遅延部ＤＬ１は、直列接続されたインバータ４０〜４３と、スイッチ素子（たとえば、ＭＯＳトランジスタ）４５，４６と、インバータ４４とを含む。スイッチ素子４５はインバータ４０〜４３と直列に接続され、レジスタ２９の対応するビットの論理値（１または０）に応じてオンまたはオフに切替わる。スイッチ素子４６はインバータ４０〜４３をバイパスする経路に設けられ、レジスタ２９の対応するビットの論理値をインバータ４４によって反転させた値に応じてオンまたはオフに切替わる。したがって、レジスタ２９の対応するビットの値に応じて、インバータ４０〜４３を経由する経路とインバータ４０〜４３をバイパスする経路とに切替えることができる。

【0077】

以上の実施の形態２のＡＤ変換器１０Ａによれば、実施の形態１の場合と同様に、あるサイクルでの比較器１１の入力電位差（すなわち、差動入力信号ＤＡＣＯＵＴの値）の絶対値が非常に小さくなった場合でも所望の時間内に誤差の小さなＡＤ変換値を得ることができる。ＡＤ変換器１０Ａに用いられている制限時間判定回路１６Ａは、比較的簡単な回路構成によって実現することができる。

【0078】

＜実施の形態３＞
図９は、実施の形態３によるＡＤ変換器の一部の構成を示す図である。実施の形態３によるＡＤ変換器１０Ｂは、図２の制限時間判定回路１６をより具体的な構成に変更したものである。図９を参照して、制限時間判定回路１６Ｂは、遅延回路３０とＤラッチ回路３２とを含む。

【0079】

遅延回路３０は、クロック信号ＣＬＫＣＯＭＰの立上がりおよび立下がりの両方のタイミングを遅延させる。遅延回路３０の構成は、たとえば、図８で説明したものと同じである。遅延回路３０の遅延時間は、ＡＤ変換器１０Ｂに設けられたレジスタ２９の各ビットの値によって調整することができる。レジスタ２９の内容は、図１のＭＣＵ２から書き換えられる。

【0080】

Ｄラッチ回路３２の入力端子Ｄおよび反転リセット端子／Ｒにはクロック信号ＣＬＫＣＯＭＰが入力され、クロック端子ＣＫには遅延回路３０の出力信号が入力される。制限時間判定回路１６Ｂの出力信号Ｓｕｂ＿ｉｎは、Ｄラッチ回路３２の出力端子Ｑから出力される。

【0081】

上記の制限時間判定回路１６Ｂの構成によれば、クロック信号ＣＬＫＣＯＭＰがＨレベルに立ち上がってから遅延回路３０の遅延時間（制限時間に対応する）が経過した時点で、Ｈレベルのクロック信号ＣＬＫＣＯＭＰが出力信号Ｓｕｂ＿ｉｎとして出力端子Ｑから出力される。クロック信号ＣＬＫＣＯＭＰの立ち下がりエッジでは、反転リセット端子／ＲにＬレベルの信号が入力されることで即座にＬレベルの出力信号Ｓｕｂ＿ｉｎが出力される。すなわち、図２で説明した制限時間判定回路１６と同じ動作が実現できている。

【0082】

その他のＡＤ変換器１０Ｂの構成は図２の場合と同じであるので、説明を繰り返さない。図９において図２と同一の部分には同一の参照符号を付している。

【0083】

以上の実施の形態３のＡＤ変換器１０Ｂによれば、実施の形態１の場合と同様に、あるサイクルでの比較器１１の入力電位差（すなわち、差動入力信号の値）の絶対値が非常に小さくなった場合でも所望の時間内に誤差の小さなＡＤ変換値を得ることができる。ＡＤ変換器１０Ｂに用いられている制限時間判定回路１６Ｂは、Ｄラッチ回路を含んでいるのでスキャンテスト用のスキャンチェインを構成することが容易になる。

【0084】

＜実施の形態４＞
図１０は、実施の形態４によるＡＤ変換器の一部の構成を示す図である。実施の形態４によるＡＤ変換器１０Ｃは、図２の制限時間判定回路１６をより具体的な構成に変更したものである。

【0085】

図１０を参照して、制限時間判定回路１６Ｃは、比較器１１と同一構成のレプリカ比較器３４と、論理ゲート（ＮＡＮＤゲート）１５と同一構成のレプリカ論理ゲート（ＮＡＮＤゲート）３５とを含む。レプリカ比較器３４は、比較器１１と同様に、クロック信号ＣＬＫＣＯＭＰがネゲートされているときはリセット状態（差動出力信号の正相および逆相は共にＨレベル）になり、クロック信号ＣＬＫＣＯＭＰがアサートされると比較動作を開始する。レプリカ比較器３４の差動出力信号はレプリカ論理ゲート３５に入力され、レプリカ論理ゲート３５の出力信号は、制限時間判定回路１６Ｃの出力信号Ｓｕｂ＿ｉｎとして論理ゲート（ＯＲゲート）１７に入力される。

【0086】

レプリカ比較器３４の入力電位差３６は、比較器１１が判定しなければならない最小の電位差に設定する。たとえば、入力電位差３６はＡＤ変換器のＬＳＢの０．５倍に設定される。この最小電位差（０．５ＬＳＢ）よりも小さな電位差は、量子化誤差よりも小さくなるので比較器１１によって判別できなくても構わない。ＤＡ変換器１４が抵抗ラダーを含む場合には、抵抗ラダーの１タップをさらに抵抗分割することによって、０．５ＬＳＢの入力電位差３６を容易に取り出すことができる。

【0087】

上記の構成の制限時間判定回路１６Ｃによれば、次のサイクルに進むか否かの基準となる制限時間は、レプリカ比較器３４の入力電位差３６（たとえば、０．５ＬＳＢ）に応じて決まる。具体的に、比較器１１の差動入力信号ＤＡＣＯＵＴの絶対値がレプリカ比較器３４の入力電位差３６（０．５ＬＳＢ）より大きい場合には、制限時間判定回路１６Ｃの出力信号Ｓｕｂ＿ｉｎがアサートされる前に（すなわち、制限時間が経過する前に）比較器１１の出力が確定する。逆に、比較器１１の差動入力信号ＤＡＣＯＵＴの絶対値がレプリカ比較器３４の入力電位差３６（０．５ＬＳＢ）より小さい場合には、比較器１１の出力が確定する前に、制限時間判定回路１６Ｃの出力信号Ｓｕｂ＿ｉｎがアサートされる（すなわち、制限時間が経過する）。

【0088】

その他のＡＤ変換器１０Ｃの構成は図２の場合と同じであるので、説明を繰り返さない。図１０において図２と同一の部分には同一の参照符号を付している。

【0089】

以上の実施の形態４のＡＤ変換器１０Ｃによれば、実施の形態１の場合と同様に、あるサイクルでの比較器１１の入力電位差（すなわち、差動入力信号の値）の絶対値が非常に小さくなった場合でも所望の時間内に誤差の小さなＡＤ変換値を得ることができる。特に、制限時間は、レプリカ比較器３４の入力電位差３６に応じて決まるので、実施の形態２、３のような遅延回路３０の遅延時間の調整を必要としない。

【0090】

＜実施の形態５＞
図１１は、実施の形態５によるＡＤ変換器の一部の構成を示す図である。実施の形態５によるＡＤ変換器１０Ｄは、図６のＡＤ変換器１０Ａを変形したものである。具体的には、図１１のＡＤ変換器１０Ｄは、ＮＡＮＤゲート１５に代えて排他的論理和（ＥＸ−ＯＲ：Exclusive OR）ゲート１５Ａが設けられている点で図６のＡＤ変換器１０Ａと異なる。

【0091】

図６のＡＤ変換器１０Ａでは、比較器１１の差動出力信号ＬＡＴＣＨＯＵＴのコモン電圧が変化することにより、正相信号ＬＡＴＣＨＯＵＴＰおよび逆相信号ＬＡＴＣＨＯＵＴＮが共にＬレベルになった場合には、論理ゲート（ＮＡＮＤゲート）１５の出力信号Ｍａｉｎ＿ｉｎがアサートされ、この結果、ＶＡＬＩＤ信号がアサートされてしまうという問題があった。これに対して、図１１のＡＤ変換器１０Ｄでは、比較器１１の差動出力信号ＬＡＴＣＨＯＵＴのコモン電圧が変化することにより、正相信号ＬＡＴＣＨＯＵＴＰおよび逆相信号ＬＡＴＣＨＯＵＴＮが共にＬレベルになったとしても、論理ゲート（ＥＸ−ＯＲゲート）１５Ａの出力信号Ｍａｉｎ＿ｉｎおよびＶＡＬＩＤ信号はネゲートのまま維持される。

【0092】

その他のＡＤ変換器１０Ｄの構成は図６の場合と同じであるので、説明を繰り返さない。図１１において図６と同一の部分には同一の参照符号を付している。なお、図２、図９、図１０に示したＡＤ変換器１０，１０Ｂ，１０Ｃにおいても、ＮＡＮＤゲート１５に代えてＥＸ−ＯＲゲートを用いることができる。

【0093】

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。

【符号の説明】

【0094】

１ 半導体装置、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ ＡＤ変換器、１１ 比較器、１２ ＳＲラッチ回路、１３ 制御回路、１４ ＤＡ変換器、１５ 論理ゲート（ＮＡＮＤゲート）、１５Ａ 論理ゲート（排他的論理和ゲート）、１６，１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ 制限時間判定回路、１７ ＯＲゲート、１８ クロック生成回路、２０ 逐次比較制御回路、２９ レジスタ、３０ 遅延回路、３２ Ｄラッチ回路、３４ レプリカ比較器、３５ レプリカ論理ゲート、ＣＬＫＣＯＭＰ クロック信号、ＴＰ１ 制限時間、ＶＩＮ（ＶＩＮＰ，ＶＩＮＮ） アナログ入力信号、ＣＣ 比較コード、Ｍａｉｎ＿ｉｎ ＮＡＮＤゲート（ＥＸ−ＯＲゲート）の出力信号、Ｓｕｂ＿ｉｎ 制限時間判定回路の出力信号。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】