Vout

2015年7月25日
集積回路システム工学
講義資料
AD/DA 変換器の失敗事例
教科書にでているのはうまくいった技術のみ
群馬大学小林春夫
Gunma University Kobayashi Lab
電流型２進重み付けDA変換回路 (回路)
デジタル入力
8I
D3
4I
D2
2I
I
D1
R
D0
●メリット
・回路規模が小さい
・サンプリング速度が速い
●デメリット
・グリッチが大きい
・入出力間の単調性が
確保出来ない
Vout
アナログ出力
電流型２進重み付けDA変換回路 (動作)
例: 入力データが3のとき
8I
D3
4I
2I
D2
I
D1
R
8I
D0
3I
例: 入力データが８のとき
Vout
=3 I R
D3
4I
2I
D2
I
D1
R
D0
8I
Vout
=8 I R
電流型２進重み付けDA変換回路 (原理)
デジタル
スイッチ
出力
入力データ D3 D2 D1 D0 Vout
0
1
2
3
4
5
6
7
8
:
15
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
1
1
0
0
1
1
0
:
1 1 1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
0
IR
2IR
3IR
4IR
5IR
6IR
7IR
8IR
:
1 15IR
スイッチ 1のとき ON
0のとき OFF
デジタル入力データに
比例したアナログ出力
Vout が生成される。
スイッチ切り替えタイミング
スキューが有る場合
8I
B3
4I
2I
B2
B1
I
B0
Vout
(0,1,1,1) = 7
R
入力７
Vout=７IR
スイッチ切り替えタイミング
スキューが有る場合
(1,1,1,1) = 15
8I
B3
4I
2I
B2
B1
I
B0
Vout
(0,1,1,1) = 7
R
Vout=15IR
スイッチ切り替えタイミング
スキューが有る場合
(1,1,1,1) = 15
8I
B3
4I
2I
B2
B1
I
B0
Vout
(0,1,1,1) = 7
R
Vout=0
（0,0,0,0）＝0
スイッチ切り替えタイミング
スキューが有る場合
(1,1,1,1) = 15
8I
B3
4I
2I
B2
B1
I
B0
グリッチ
Vout
(0,1,1,1) = 7
R
Vout=8IR
（0,0,0,0）＝0
入力8
(1,0,0,0) = 8
DA変換器におけるグリッチの影響
グラフィックデスプレイ用
人間の視覚は
グリッチに敏感
011111
011110
011101
011100
100000
100001
100010
Binary code と Gray code
Decimal numbers
Binary Code
Gray Code
0
0000
0000
1
0001
0001
2
0010
0011
3
0011
0010
4
0100
0110
5
0101
0111
6
0110
0101
7
0111
0100
8
1000
1100
9
1001
1101
10
1010
1111
11
1011
1110
12
1100
1010
13
1101
1011
14
1110
1001
15
1111
1000
Gray code の特長
対応する
decimal numberが
プラス１
または
マイナス１
１つのビットのみ反転
Gray code とAD変換器
Gray code はロバスト（頑健）
AD変換器は信号を
アナログからデジタルの世界へ
（不連続な領域間の遷移）
AD変換器では
まず Gray codeに変換し
その後 Binary code に変換する構成も多い
Gray code 構成のDA変換器は？
AD/DA変換器の研究をはじめたときに
Gray code 構成のDA変換器が実現できれば
グリッチがなくなる。
回路の教科書/論文のどこにも
Gray code 構成のDA変換器は記述されていない。
革新的構成か？
専門家に聞く
Asad Abidi 先生 (UCLA)
「Gray code 構成でDA変換器が実現できないか
多くの研究者が考えたが、
できないということが（経験的に）わかった。」
教科書にはこのことは書いていない。
学会等でも誰も言わない。
このことから多くのことを学ぶ。
経験論：観察や実験などを繰り返し行うことによって、
経験を少しずつ積み、結果的に真理に到達する
フランシス・ベーコン
フラッシュ型ADC
短所：回路量
消費電力
入力容量
Encoder 真理値表
d7
0
0
0
0
0
0
0
1
d6
0
0
0
0
0
0
1
0
d5
0
0
0
0
0
1
0
0
d4
0
0
0
0
1
0
0
0
d3
0
0
0
1
0
0
0
0
d2
0
0
1
0
0
0
0
0
d1
0
1
0
0
0
0
0
0
6v
1
5v
1
大
大
大
4v
1
3v
0
d0 o2 o1 o0
1 0 0 0
2v
0 0 0 1
1v
0 0 1 0
0 0 1 1
0
0 1 0 0
V in
0 1 0 1 =3.56 v
0 1 1 0 を仮定
0 1 1 1
0
0
0
温度計コード
14
0
0
1
0
0
0
0
d7
d6
d5
d4
d3
d2
d1
d0
D i g it a l E n c o d e r
0
長所：高速
1
o2
0
o1
0
o0
フラッシュ型ADC 大きな冗長性
+ Vref
Vin
全ての重さの分銅と
それを載せる天秤を用意
Dout
入力Vin 4.5
4.5
3
4.5
2
- Vref
4.5
7
4.5
6
4.5
4.5
5
4
4.5
1
フラッシュ型ＡＤＣへの見方
「フラッシュ型ＡＤＣは無駄な回路が多く賢い構成ではない」
「6bit フラッシュADC など目をつぶっても実現できる」
「フラッシュ型ＡＤＣは偉大な構成」
● 低分解能・超高速ＡＤＣのアーキテクチャとして
フラッシュ型を超えようとして、
（公表されてないが、まわりで）
いくつもの研究が失敗している
(UCLA Abidi 先生）
● 産業界でフラッシュ型は生き残っている。

Download Report